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四旋翼无人机能够实现精准悬停、无头控制、超低速运动等飞行功能，使四旋翼无人机在航拍、遥感、公安、消防、反恐、环境监测等相关领域得到广泛的应用，但是由于四旋翼无人机是一个典型的非线性、欠驱动、多变量和强耦合的系统[1]，这类系统要求控制参数能够跟随系统非线性变化而自适应改变，使得四旋翼无人机对其控制系统具有较高的要求[2]。针对四旋翼无人机的以上特性以及传统 PID控制在这类控制系统中存在的缺陷，本文提出一种四旋翼无人机串级模糊自适应PID控制系统，实现 PID参数能够随系统的改变而自适应整定，使四旋翼无人机在稳定性、快速性、准确性以及抗干扰性能等方面得到一定的提升。 本文首先对四旋翼无人机的研究背景和意义、国内外对其控制系统的研究现状以及四旋翼无人机控制系统的技术关键与相关算法进行了介绍；其次设计了以STM32F407VGT6为主控制器的控制系统硬件部分，采用传感器数据测试实验检测通过软件滤波算法处理后的传感器数据是否达到四旋翼无人机的数据要求，通过四元数互补滤波融合处理后的加速度计、陀螺仪和磁力计数据，解算四旋翼无人机飞行时的姿态角，同时将温度补偿后的气压计数值转换为四旋翼无人机的海拔高度；再次，建立控制系统数学模型，对角度、角速度控制的PID控制参数进行非线性模糊整定，对单级PID控制、串级PID控制和串级模糊自适应PID控制三种控制策略的输入响应性能以及抗干扰性能进行 Simulink软件对比仿真；然后设计四旋翼无人机控制系统软件控制程序，并对 PID参数和模糊量化因子进行调试，调试过程中分别对应了单级PID、串级PID和串级模糊自适应PID三种控制策略；最后对四旋翼无人机采用串级PID控制系统和串级模糊自适应PID控制系统进行对比试飞实验。通过软件仿真、参数调试实验表明四旋翼无人机采用串级模糊自适应PID控制系统在响应的快速性、稳定性、准确性以及抗干扰性能等方面优于单级 PID和串级 PID控制系统；通过对比试飞实验表明串级模糊自适应PID控制系统能够比串级PID控制系统更加稳定的控制四旋翼无人机。 通过本文的理论分析和实验结果为四旋翼无人机采用串级模糊自适应控制系统的可行性提供了理论和实践依据，为今后四旋翼无人机控制系统的设计与研究提供一定的指导意义和科学参考。