近十年,随着自动控制、信息通讯、人工智能、大数据等技术领域的不断发展,四旋翼无人机在人类社会中扮演者越来越重要的角色,其应用领域也越来越广泛。四旋翼具有欠驱动,高耦合性等特点,实际操作中存有一定的安全隐患,本文针对该问题,设计一个四旋翼无人机半物理仿真平台。该平台能够通过设置串口通讯方式,实现对四旋翼无人机飞行姿态的实时监控、绘制四个输出通道的实时曲线、完成在线和离线两种方式的飞行控制参数调整以及完成基于虚拟现实的四旋翼无人机的虚拟飞行。论文主要完成如下内容:首先对四旋翼的飞行工作原理以及常见的导航坐标系进行介绍,并在牛顿—欧拉方程和经典力学理论的基础上推导出四旋翼无人机的飞行数学模型,同时完成对四旋翼无人机的飞行数学模型进行简化,并将非线性模型化为线性模型。随后论文完成互补滤波数据融合并用四元数设计姿态解算算法,通过设计PID控制器,利用Matlab-Simulink软件搭建四旋翼无人机的线性化模型的仿真模块,并对比单回路PID和串级PID的仿真效果。最后论文分析四旋翼无人机半物理仿真平台的总体架构,并针对不同组成模块进行分析。对于四旋翼无人机及其安装平台,进行控制器芯片、电机、姿态传感器、电池进行元器件的选型与介绍。并对四旋翼无人机进行性能测试。对于地面站监控软件,介绍了地面站监控软件的开发环境,并对地面站监控软件的开发技术进行分析。对于虚拟仿真平台,利用Maya三维建模软件对四旋翼无人机和相关障碍物模型进行模型的建立,并将相关模型加载至Unity3D中,在Unity3D中创建相关的模拟飞行场地,并在Unity3D中编写C#控制脚本,同时设计人机交互界面完成项目的开发,并完成系统整体测试。