四旋翼飞行器作为旋翼式直升机的一种,在20世纪之初就有相关的研究存在,当时是以大型实用的直升机作为目标进行研制的。近些年来,随着新型材料、微机电、微惯导技术和飞行控制方法的发展,人们逐渐形成了对一类微小型四旋翼飞行器的研究热潮。微小型四旋翼飞行器在军事与民用方面都有着十分广阔的应用前景,军事上主要用于敌情侦察、电子干扰与中继通信；民用上主要用于监控巡逻、探索搜救与航拍摄影。本文针对微小型四旋翼飞行器,设计与开发一个完整的控制系统,包括对系统的控制方法研究、软硬件设计与开发,以及实现对近地面环境下的姿态控制与高度控制。首先,从理论上进行系统控制方法的研究。具体通过对飞行器的运动学和动力学分析,建立飞行器的动力学模型,再根据该动力学模型推导出状态方程。分析系统模型,采用双闭环控制系统结构,分别基于PID和积分型Backstepp ing方法进行姿态与位置控制器设计；接着,根据设计目标,对控制系统进行软硬件平台的设计。为满足高运动控制要求,选择X86+AVR单片机的嵌入式控制平台。在硬件平台上提出三层机载控制的结构,完成对电源、接口扩展板、控制输入输出模块、I2C总线通信、IMU惯性测量单元等相关模块的设计；在软件平台上对相关传感器的驱动、控制方法的实现以及控制器间通信等进行程序编程及程序调试；然后,对微小型四旋翼飞行器进行相关的实验研究。分别从仿真与实际实验的角度对比了PID与积分型Backstepping方法的控制效果。从实验的结果来看,积分型Backstepping控制方法在系统超调、系统稳定与鲁棒性方面均优于PID的控制方法。最后对本文的研究内容进行总结,并对可进一步开展的研究工作做出展望。