微型四旋翼飞行器是一种结构简单、机动灵活性很高、可垂直起降的无人飞行器，具有极大的军用和民用价值。由于主体尺度小、飞行速度低，微型四旋翼飞行器的飞行雷诺数较低。同时，微型四旋翼飞行器也是一个具有空间6个自由度而只有四个输入的欠驱动系统。低雷诺数下的空气动力学问题和欠驱动系统的控制问题是当今微型四旋翼飞行器研究中的难点和热点。本文针对上述两个问题对微型四旋翼飞行器建立了有限元模型和系统动力学模型，分别研究了微型四旋翼飞行器悬飞过程中的气动特性和姿态控制方法，并通过仿真试验进行了验证，本文的研究工作主要包括以下几个方面：首先根据经典力学与牛顿定律，建立了微型四旋翼飞行器的系统动力学数学模型，并通过引入控制变量和忽略阻力系数对数学模型进行了简化。其次以实际搭建的微型四旋翼飞行器平台为基础，在保持主体特征下尽量简化机身模型，通过UG软件生成了微型四旋翼飞行器机身实体，并在Ansys软件中完成了流场几何模型的建立和有限元网格划分。然后基于有限元方法对微型四旋翼飞行器施加多个边界条件进行了流固耦合仿真分析，研究了低雷诺数下微型四旋翼飞行器在悬飞过程中的周围的流场分布，揭示了微型四旋翼飞行器的气动特性变化规律，此外，将流场分析得到的气动载荷加载到结构分析模块，研究了机身应力分布情况和流固耦合特性，得到机身最大应力所在位置及其振动特性。最后针对飞行器竖直向上飞行模式设计了线性化的PID控制器，运用SIMULINK搭建了仿真模型，调整PID参数后的仿真结果验证了控制系统的有效性。此外，对非线性的系统动力学模型设计了Backstepping控制器，使用Backstepping方法，求出了四个通道的Backstepping控制率，通过MATLAB编写数值计算程序，运行结果表明所设计的控制器能够很好的实现定点悬停和轨迹跟踪飞行任务。