随着MEMS(微型电子机械系统)技术和计算机的发展,四旋翼无人机得到快速发展。目前四旋翼无人机高度和姿态的测量采用的传感器多数易受外在环境影响,精度不高,控制的稳定性难以把握。论文针对四旋翼无人机在高度和姿态飞行中出现的掉高、漂、气流干扰荡等问题,开展了对四旋翼无人机高度和姿态控制系统的研究与设计。首先,针对四旋翼无人机在高度飞行中出现漂的问题,在定性分析单一的气压计和加速度计无法获取准确的测量数据基础之上,研究并提出了一种基于卡尔曼算法对气压计和加速度计数据融合的方法,并对所提出的方法进行了应用仿真验证。其次,针对悬停时出现的上下浮动问题,设计了一种高度串级控制系统,其中将融合后的高度值作为高度串级控制系统外环反馈值,融合后的Z轴加速度作为高度串级控制系统内环反馈值。通过不同高度悬停实际飞行,对所设计的高度串级控制系统进行了验证,得出设计的高度串级控制系统有效增强了悬停的稳定性。最后,针对四旋翼无人机姿态受气流干扰而发生荡的问题,研究并提出合理的解决方案:1)由于陀螺仪MPU6050传感器存在温度漂移,加速度计受载体震动影响,飞行姿态角测量并不十分准确。为提高姿态角测量的精度,研究并提出了一种基于卡尔曼算法融合陀螺仪MPU6050和加速度计数据的方法,并通过在上位机仿真验证了该方法的可靠性。2)为进一步改善四旋翼无人机姿态飞行性能,在姿态控制原有的串级PID控制基础之上,应用了模糊控制,在线调整PID参数,通过实际飞行对比验证得出应用了模糊控制后有效提高了四旋翼无人机姿态控制系统抗干扰的能力。论文对上述所提出的方法在四旋翼无人机高度和姿态中设计的正确性和应用性进行了实际的飞行验证,研究并提出的算法和控制手段较好地满足四旋翼无人机的高度和姿态控制性能要求,研究的成果具有一定的科研和市场应用价值。