随着无人机在军事领域和民用领域发挥的作用越来越大,以及相关学科技术的发展,各领域对高质量微小型无人机的需求与日俱增,无人机技术正成为当代科学研究的热点问题。其中微小型固定翼无人机在续航时间和载荷能力等方面都优于多旋翼无人机,所以是无人机研究领域的重点对象。飞行控制系统是微小型固定翼无人机的核心系统,也是评价无人机好坏的重要依据。本文在分析以往飞行控制系统设计实现方法的基础上,研究和设计了一种较为通用的微小型无人机飞行控制系统。首先,本文阐述了无人机的飞行和控制的基本原理,在此基础上提出飞行控制系统硬件平台的设计方案,并分析了各个模块的硬件选型和电路连接。飞行控制系统系统硬件平台主要包括核心控制器模块、传感器模块、无线通信模块、执行机构模块、存储模块和电源模块,其设计思想是实时性、可靠性、嵌入性和低功耗。然后,本文详细设计了飞行控制系统的软件部分,介绍了开发环境和调试工具,根据实际需求选择实时操作系统并设计软件系统。为了增强飞行控制软件系统的可移植性和扩展性,整个设计过程遵循分层设计思想和模块化思想。飞行控制软件系统包含硬件驱动层、软件服务层和应用层。在每层中分别划分模块,描述了各个模块的具体功能,并分配了应用层模块的优先级。接着本文研究了基于低成本传感器的姿态解算算法。针对微小型无人机的飞行特点,在分析其他算法优缺点的基础上,提出了一种低成本姿态解算方案,将基于四元数和梯度下降法的姿态解算算法应用到9轴MEMS传感器组合上,经验证该方案可以从原始的传感器数据中解算出精确的姿态信息。最后是飞行控制算法的设计及其仿真验证。本部分设计了一个高效可靠的PID控制器,该控制器担任着闭环控制的任务,该设计是一个双层结构:一个内环姿态控制器和一个外环航线管理系统。然后使用MATLAB/Simulink搭建了一个微小型无人机仿真平台,并通过模型在环仿真、软件在环仿真和硬件在环仿真这三个递进的仿真验证级别对控制算法的正确性进行了验证。综上所述,本文完成了飞行控制系统在硬件和软件方面的设计工作,重点分析了姿态解算算法和仿真平台的设计与实现,将姿态解算算法应用到低成本的9轴姿态传感器组合上,修正了陀螺仪的漂移误差,并搭建了无人机仿真平台来验证飞行控制算法,缩短了控制算法的开发周期。