在控制、通信、人工智能和互联网等新兴技术不断发展,多旋翼无人机软件、硬件和算法等多方面都趋于成熟的情况下,众多与无人机相关的产业如雨后春笋般涌现,无人机研究也成为国内外研究机构的关注点。无人机的核心是飞控系统,开发一套稳定高效的飞控系统成为无人机研究的重点内容。仿真技术作为控制领域和计算机领域的专业技术,普遍用于系统建模与测试,运用仿真技术对飞控系统进行性能测试成为开发飞控系统一个必不可少的过程。本文针对四旋翼无人机,结合国内外对于四旋翼无人机仿真的研究成果,设计开发一套能够对四旋翼无人机飞控系统进行测试的半物理仿真平台。通过半物理仿真平台,不仅可对飞控系统的控制性能进行测试,还可以利用平台中设计的环境仿真系统,实现对飞控系统在复杂环境下的抗干扰能力测试。本文详细论述建立四旋翼无人机半物理仿真平台的关键技术和实现方案,针对各模块进行详细的设计。首先,对四旋翼无人机结构和飞行原理进行阐述,考虑到四旋翼无人机在环境中受到的风场作用,本文利用MATLAB建立风场扰动下的四旋翼无人机飞行动力学模型,同时,基于PID控制方法设计PID控制器,结合模糊控制理论,建立模糊规则,形成模糊PID控制器,并利用Simulink工具对控制器建模。接着,分析开源飞控系统Pixhawk,并进行扩展开发。最后,采用六自由度转台作为半物理仿真平台的物理效应模型,利用Qt Creator开发工具开发环境仿真系统,由此形成一套面向复杂环境的半物理仿真平台。测试结果表明,四旋翼无人机飞行动力学模型能够在风场下正确计算,模糊PID控制器为四旋翼无人机提供优秀的控制方案。半物理仿真平台能够向基于Pixhawk的飞控系统注入环境仿真信息并显示四旋翼无人机的飞行轨迹和飞行状态信息,六自由度转台能够复现无人机的飞行姿态。本文设计的半物理仿真平台用于飞控系统的开发,对缩短研发周期,提高控制精度具有良好的应用价值。