多旋翼飞行器由于其自身的特点,目前已成为无人机行业的研究热点,其中以四旋翼飞行器研究较为火热。四旋翼飞行器具有结构对称简单,优越的低速飞行性能以及悬停特性,然而往往受载重和续航时间限制,本文以大载重、续航时间长的变距变转速四旋翼飞行器为研究对象,对多旋翼无人机嵌入式飞行控制系统的设计、验证和应用进行了研究。首先,对变距变转速四旋翼飞行器进行飞行控制系统总体方案设计。其中研究了控制律的设计以及嵌入式飞行控制的软硬件的需求;确定了机载飞行电子设备,软件的框架结构与功能;利用模块化设计思想对嵌入式飞行控制系统硬件结构进行了模块划分,给出了以ATMEGA2560-16AU为核心的嵌入式控制软硬件架构,设计了电源转换,数据通信等相关的外设硬件模块。然后,针对建立的变距变转速四旋翼飞行器飞行动力学模型,利用PID控制器设计飞行控制律。采用分步优化设计思路完成了飞行控制系统各通道以及各个控制回路的控制律设计与仿真;引入积分分离抗饱和法优化了控制效果,给出的仿真结果能够表明所设计的控制律可满足飞行控制性能指标要求;利用粒子群算法实现了飞行控制参数自动整定,通过仿真得到验证。最后,利用三维实时视景仿真平台,进一步验证了控制律控制效果与飞行动力学模型的可靠性。通过无人四旋翼飞行器飞行试验,给出的试飞结果分析表明文中所设计的嵌入式飞行控制系统是可行、可靠的。