倾转旋翼飞行器是一种新型飞行器,它弥补了传统固定翼和旋翼飞行器的不足之处,并利用了旋翼和固定翼优势互补特性。倾转旋翼飞行器是旋翼和固定翼飞行器的结合,既有旋翼飞行器垂直起降和悬停等优点,同时又有固定翼飞行器巡航速度和能效转化率高等优点。倾转旋翼飞行器具有三种飞行模态:垂直起降和悬停的旋翼模态、高巡航速度的固定翼模态以及旋翼模态与固定翼模态之间的过渡模态。本文以实际制作的四倾转旋翼试验机作为研究对象,主要研究四倾转旋翼飞行器全模态的非线性飞行动力学数学建模以及全模态飞行控制器设计。本文首先根据牛顿-欧拉方程建立机体运动方程,然后分别建立旋翼和固定翼各个部件的空气动力学模型的方程,并将旋翼和固定翼各个部件的模型进行综合,最后,为了保证各飞行模态之间安全稳定切换,建立了四倾转旋翼过渡模态的倾转走廊模型。本文在建模过程中,为了突出主要因素的影响,忽略了旋翼和机翼之间的气动干扰。其次,根据前面建立的四倾转旋翼非线性模型,分别在旋翼模态和固定翼模态平衡点处获得系统线性模型,并分别设计倾转旋翼旋翼模态LQR控制器、固定翼模态LQR控制器,最后根据过渡过程旋翼和固定翼控制输入叠加特性,基于增益调度技术设计倾转旋翼机全模态飞行控制器,最后,在MATLAB上仿真系统控制器效果。最后,介绍实验室搭建的四倾转旋翼试验机的总体结构、各组成部件性能参数以及开源飞控Pixhawk硬件和软件架构。在前面的基础上,在开源飞控Pixhawk平台上设计并实现四倾转旋翼机控制算法,并进行飞行实验,调试和测试控制算法性能以及分析飞行数据。