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四旋翼飞行器是无人机的一种,具有结构简单、机动性强、操作灵活、可垂直起降等优点,具有广阔的应用价值,引起了商业和科学研究的极大兴趣,获得了越来越多的关注。由于四旋翼飞行器也是一个欠驱动强耦合的非线性系统,实现对其平稳飞行控制具有一定的难度。目前,四旋翼飞行器已经被广泛的应用于航拍、实时监控、森林防火、救援等方面。本文选取四旋翼飞行器为研究对象和平台,借助于NI myRIO控制器及虚拟仪器技术,开展了四旋翼飞行器系统的设计、制作、调试和实现的探索性研究。首先,通过对四旋翼飞行器飞行原理及其整个控制系统功能要求的分析,制定了以NI myRIO控制器为核心的四旋翼飞行器系统设计方案。详细介绍了NI myRIO控制器的架构和LabVIEW开发环境。同时也介绍了设计中使用到的其他硬件的选型,如无刷直流电机、电子调速器、姿态检测模块等。自主搭建了一个四旋翼飞行器实验平台,为本文的后续研究奠定基础。其次,针对获取四旋翼飞行器实时飞行姿态信息的问题,介绍了四元数和卡尔曼滤波等相关知识,设计了基于四元数的卡尔曼滤波融合算法,给出该算法的推导和工作流程,借助NI myRIO和相应的惯性导航模块对设计的姿态融合算法在图形化编程语言LabVIEW软件中进行编码实现,完成了四旋翼飞行器姿态数据的获取和姿态曲线的显示,验证了算法的有效性。然后,对飞行控制系统进行设计。采用了双闭环PID控制算法对四旋翼飞行器的俯仰角、滚转角和偏航角进行控制。针对飞行高度的控制只采用PID控制算法。在LabVIEW软件中编写了相应控制算法的代码实现,并利用建好的数学模型进行了姿态角和高度的控制仿真,通过仿真结果验证控制算法的可行性。最后,将完成的代码下载到NI myRIO中,进行实际飞行测试实验,通过相关参数的调整,实现了四旋翼飞行器的平稳飞行。