近十几年来,四旋翼飞行器由于体积小,对起降场地无要求,可在狭小空间、受化学污染、核辐射污染等各种复杂环境中飞行而被广泛应用于军用与民用各个领域,因此研究四旋翼飞行器具有重要的意义。本文主要从飞行器机体设计、飞行器建模与分析、滑模控制系统设计、自主飞行实验等几个方面对四旋翼飞行器展开研究。首先,根据四旋翼无人机的需求分析制定总体设计方案。其中机身设计方面,综合考虑飞行环境、抗干扰能力、航行速度、飞行时间、成本等因素进行机体设计。硬件设计方面,采用双层控制板结构,分别进行了主板和从板的硬件设计选型。软件设计方面,将软件系统分为五个模块,分别设计了主板和从板的软件程序并开发了地面站系统界面。其次,对四旋翼无人机的飞行原理作简单介绍。建模部分分别从飞行器的平移运动和旋转运动两个方面进行动力学分析,得出对应的动力学方程,由此建立四旋翼无人机的动力学模型并简要分析了作为执行机构的电机的模型。接着,针对于四旋翼无人机对控制指令跟踪性能要求较高的特点引入了具有良好跟踪性能的模型参考方法并设计了参考模型。考虑到无人机对建模误差和外部干扰敏感的特点设计了滑模控制器,这样的设计既保证了跟踪性能又具有较强的鲁棒性。最后,在设计的控制系统的基础上分别进行了姿态、偏航、高度、速度控制实验以及室外自主飞行实验。实验结果表明,本文基于滑模控制理论设计的控制系统跟踪性能和鲁棒性能良好,室外自主飞行实验取得了成功。