四旋翼无人机是一种典型的集强耦合和非线性等特性为一体的旋翼式无人机。目前,针对无人机的研究主要包括系统结构设计、模型建立、控制算法和路径规划等方面。四旋翼无人机系统作为一种欠驱动的非线性系统,在无人机飞行过程中,其系统参数容易受到外界环境因素的影响,要搭建准确的无人机数学模型较为困难的,目前,在搭建无人机系统模型的时大多采用Newton-Euler法建立四旋翼无人机六自由度的运动学和动力学模型,在建立模型的过程中需要进行约束条件的假设以及模型的简化,才能得到四旋翼无人机的运动学和动力学模型。为了解决四旋翼无人机数学模型推导复杂的问题,本文采用Matlab/SimMechanics工具建模的方式,将四旋翼无人机的三维物理模型转化为可以进行仿真分析的Simulink仿真模型。SimMechanics与Newton-Euler法建立四旋翼无人机数学模型的方式相比,大大简化了数学模型的推导过程。针对四旋翼无人机在飞行过程中容易受到外界干扰影响的问题,本文对模糊PID控制算法进行了研究,并将模糊PID控制算法应用到了四旋翼无人机姿态控制中,进行了仿真分析和实验验证。本文所做的主要工作如下:1.搭建四旋翼无人机数学模型和SimMechanics模型。首先介绍了四旋翼无人机的组成结构和工作原理。在合理假设的基础上,依据四旋翼无人机的受力分析,结合牛顿第二定理和欧拉方程,推导了四旋翼无人机系统的数学模型;利用SimMechanics工具,将四旋翼无人机的三维物理模型转化为Simulink仿真模型;比较了这两种建模方式的优缺点。2.研究了四旋翼无人机的姿态控制算法。首先,比较了几种常用的四旋翼无人机姿态控制算法,接着模糊PID控制算法的原理进行了详细的说明,并建立了模糊PID控制器,将模糊PID控制器导入了上文中建立的四旋翼无人机Simulink仿真模型中,对模糊PID控制算法在四旋翼无人机姿态控制中的控制效果进行仿真分析。3.搭建了四旋翼无人机实验平台。为了验证实验模型的准确性以及模糊PID控制算法在四旋翼无人机实物中的控制效果,进行了无人机实物的搭建。对四旋翼无人机实验平台的搭建过程、硬件设计和软件编写较为详细的介绍和说明。4.实验结果与分析。将模糊PID控制算法导入飞行控制板中,进行了几组实际飞行任务。将实际飞行数据与仿真模型的数据进行比较,验证了模型的正确性以及模糊PID控制算法在四旋翼无人机姿态控制中的稳定性。