多旋翼MAVs能够实现空中拍摄、搜救、气象勘测等功能。因其能够垂直起落和定点悬浮,即使在狭小的空间也能飞行,近年来受到广泛关注,大量高校和科研院所投入到多旋翼MAVs的研究中。本文对四旋翼MAVs的自主飞行系统研制进行论述。首先,根据多旋翼MAVs最终实现自主飞行需求,设计搭载在多旋翼MAVs上,能够实现多旋翼MAVs自主飞行的硬件电路系统。整个硬件电路板由两块电路板构成,包括DC/DC电路系统、传感器电路系统、数据采集系统、微控制器模块、PWM信号隔离电路、无线通信模块等,其中三个单轴角速度陀螺仪、一个三轴加速度计和一个地磁计、ADC采集系统和微控制器可以构成姿态测量系统,用于推算飞行器的姿态信息。其次,研究姿态角估计算法应用。测量到的加速度不仅有重力在机体坐标系上坐标变换的成分,还包含由传感器的运动而产生的动加速度成分,动加速度的影响限制其应用,本文将动加速度作为噪音项导入到观测方程中,然后利用基于扩展卡尔曼滤波器的四元数姿态推测算法来降低误差。然后简要介绍最优控制理论。再次,针对四旋翼MAVs结构,分析其飞行原理,然后进行建模,基于模型,对四旋翼MAVs进行LQG控制器设计。LQG控制器由卡尔曼滤波器和LQI控制器组成。卡尔曼滤波器一方面能够解决随机系统噪声问题,另一方面能够推测出系统不能够测量到的状态变量。最后对设计的LQG控制器进行仿真。最后,介绍控制器实际装载过程,地面站系统,并通过做大量室内室外飞行试验,改变控制器参数,提高飞行稳定性,对实际飞行试验数据进行了分析。从实际试验结果及飞行效果来看,飞行稳定,取得理想的效果。