倾转旋翼机又称可倾斜旋翼机或者倾转旋翼飞机，能够像直升机一样垂直起降、空中悬停，并能获得固定翼飞机较高的巡航速度。其飞行模式分为直升机模式，固定翼模式以及两者之间的过渡模式。由于倾转旋翼机的气动结构既有机翼又有旋翼，随之而来的控制复杂程度也大大提高，在双旋翼倾转旋翼机的基础上，四倾转旋翼机（QTR）的设计被提出来，在飞行器的飞行航程、飞行稳定性、有效载荷方面，相比传统倾转旋翼机都有很大提高。本文对小型QTR飞行控制系统进行设计。首先，选取适当的坐标轴系，运用牛顿经典力学建立QTR的简化数学模型。然后分析并选择QTR各模式下的控制方案，通过实验测得被控对象传递函数的参数，并推导出各通道的开环传递函数。在此基础上分析各通道开环传递函数的频率特性，采用经典控制理论对各通道进行控制率设计，使闭环系统达到设计要求，并在Matlab中进行仿真验证。接着选取合适采样频率，对控制器进行离散化，便于数字控制器的实现。其次，构建飞行控制系统的实验平台小型QTR模型机，设计QTR硬件系统与软件流程，以ADuC7026单片机为控制核心，MEMS传感器、GPS导航模块、超声波测距仪为检测反馈元件，构建硬件系统，编写飞行控制系统软件程序，实现对QTR的各通道的控制。最后，利用MEMS加速度计对MEMS陀螺仪进行角度补偿，以减小角度漂移，获得更高的检测精度，并对飞行控制系统进行调试，修改设计参数使其更符合系统在实际工作中的情况，使QTR模型机能够实现自主垂直起降和空中固定高度稳定悬停。