本课题的研究对象四旋翼垂直起降机属于多旋翼的无人机,是一种非线性、强耦合的飞行器,但与传统的直升机相比具有机动灵活等诸多优点,因此具有广泛的应用空间及研究意义,近年来日益受到人们的关注。本文中根据四旋翼垂直起降机系统的特点和要求,选择传感器和执行电机等器件,设计了传感器的外围电路和应用电路并针对所选用的无位置传感器的无刷直流电机设计了调速系统。在调速系统设计中,采用反电势过零检测原理检测转子位置,利用PWM原理调速,成功的实现了电机的启动、运行以及调速。四旋翼垂直起降机的控制问题一直是整个系统设计的关键技术与难点。文中根据四旋翼垂直起降机的动力学和运动学原理对其建立非线性模型和线性模型。针对系统线性模型设计了基于H∞回路成形法的鲁棒控制器,并利用系统的非线性模型进行仿真分析和研究,取得了好的控制效果。由于H∞次最优控制器的阶次高,工程难以实现,本文中采用了两种方法对其进行降阶,一是基于最优Hankel范数模型逼近来对控制器降阶,二是基于控制器的Maclaurin级数展开法,将其降阶成PID控制器。将两种降阶后控制器的控制效果与H∞控制器进行比较研究和分析。并将PID控制器应用到实际系统上,进行了实物调试。最后,本文设计了四旋翼垂直起降机装置并对系统的参数进行测定,采用滚转、俯仰和偏航角速率控制回路和手动调节电路,共同调节各姿态角,控制飞行器姿态,进行了实验。