四旋翼飞行器操作简单,制造价格不高,可以适应室内外各种飞行环境,机动性强,所以无论在军事还是民用领域都有广泛的应用。伴随着半导体电子技术、控制器的更新迭代以及飞行器越发广泛的市场体量,对于四旋翼飞行器的各方面研究已经成为热点方向。本文根据飞行器的实际应用需求,设计一款稳定可用的四旋翼控制系统,完成多传感器信息融合任务。本文的研究内容包括:（1）建立四旋翼飞行器数学运动模型。结合牛顿经典力学以及空气动力学中涉及到的知识,测量实物飞行器的实际参数,在MATLAB/Simulink中建立四旋翼飞行器数学运动模型。同时考虑实际飞行过程中,四旋翼飞行器会受到风力带来的扰动影响,在此分析干扰风的组成因素,建立风场力形成的干扰模型。（2）设计PID-ADRC控制器。分析传统串级PID控制器的性能优缺点,提出使用PID-ADRC控制方法。与串级PID控制系统对比分析。PID-ADRC控制器使控制时间缩短了、超调量几乎没有、在存在风干扰作用时,表现出更好的对干扰补偿能力,但是控制器中需要调节的参数变多,提高了人工整定的难度。（3）设计飞行控制硬件系统。综合考虑飞行器飞行控制系统的功能需求,采用STM32F407系列芯片作为主控制片,ICM20602为六轴运动传感器、磁力计AK8975为飞行器的姿态传感器;采用气压计SPL06、光流LC-306作为飞行器位置传感器,搭建飞行器飞行控制系统。（4）设计飞行控制软件系统。编写C语言程序,对飞控系统传感器采集到的原始数据进行信息融合,使用互补滤波算法对姿态测量通道与水平位置测量通道进行数据融合,使用卡尔曼滤波算法对高度测量通道进行数据融合,进而得到稳定的飞行器实时反馈数据。同时编写角速度、角度双闭环PID-ADRC控制算法,控制飞行器按照用户指令飞行。（5）使用定向搜索差分进化算法对控制器的参数进行整定。针对于四旋翼飞行器控制器参数人工整定困难且难以获得最优控制效果的问题,提出一种使用定向搜索策略的差分进化算法,来优化四旋翼控制器参数的方法。该方法利用变异、交叉、选择等操作调整控制器参数,得出最优的个体;然后引入定向搜索策略,在下次变异操作前,决定变异的方向,提高算法的精确度。结论表明:对比粒子群算法和传统差分进化算法,加入定向搜索策略的差分进化算法能够使控制器稳态误差更小、调节速度更快。