四旋翼飞行器(Quadrotor,Four-rotor,X4-Flyer等)是具有四个螺旋桨,螺旋桨之间呈十字状或者X状交叉分布,也被称为四旋翼无人机或者四轴飞行器。四旋翼飞行器的技术已经发展的相对成熟,已完成从实验室向民生娱乐、军事侦察、救灾现场等方面的过度。然而在实际飞行的情况中,由于飞行器可能会受到不可预测的外力作用,将会导致飞行器不能够平稳飞行。本论文主要研究的内容是将飞行器在飞行中所受到的影响,通过悬挂不平衡负载来进行模拟分析,并加以研究。首先主要介绍了四旋翼飞行器的发展历史,叙述了本文研究不平衡负载下的飞行器课题的意义,并结合国内外现状总结了研究本课题的关键性技术。然后完成了对四旋翼飞行器在有载和无载情况下的数学建模。分别对不平衡负载下和无负载下的飞行器,进行动力学分析。并对不平衡负载才下的飞行器动力学模型做出了重心位置估计,简化了飞行器的电机模型。在算法研究方面,为了实现对不平衡负载下四旋翼飞行器的姿态控制,本文采用经典PID控制和模糊控制两种算法对飞行器进行控制,本文根据不平衡负载下这一特殊条件,对模糊PID控制算法进行了针对性的优化,引入的最优因子可以有效调节不平衡负载下飞行器的飞行姿态。本文搭建了MATLAB/Simulink仿真模型,经过三种算法的对比仿真实验,确定优化模糊PID的有效性。另外为了对四旋翼飞行器的飞行实验,验证算法的有效性,本文搭建了四旋翼无人机的实验平台。本文所搭建无人机平台主要包括主控芯片、电子调速器、直流无刷电机、陀螺仪、加速度器、电子罗盘、气压高度器模块等组成。最后,为了验证所研究的优化模糊PID控制算法对不平衡负载下四旋翼飞行器的姿态控制效果。本文对悬挂不平衡负载下的飞行器做了室内外的飞行实验。用模糊PID控制和优化模糊PID控制两种算法分别来控制飞行器的单边和多边负载下的飞行实验。通过对比实验采集的姿态飞行数据,确定了经过优化的模糊PID在控制效果方面,明显优于模糊PID控制。