多旋翼无人机机载增稳云台作为无人机主要的任务载荷平台,被广泛应用于航空测绘、物体跟踪与定位、军事打击校准、航空侦察、航空拍摄等领域。机载增稳云台目的是为了隔离机体扰动,使任务设备的视轴在保持空间指向不变的基础上,快速、稳定地跟踪指定目标。在无人机航空拍摄领域,机载增稳云台的稳定性是影响航拍照片质量的重要因素,设计和研究一款稳定精度高、超调量小、响应速度较快的机载增稳云台具有非常重要的理论意义和工程应用价值。本文以多旋翼无人机机载增稳云台为研究对象,主要对以下几个方面的进行了深入研究。（1）介绍了机载增稳云台的框架结构及特点,对其增稳原理以及影响机载增稳云台控制性能的干扰来源进行全面的分析。同时,传统的机载增稳云台控制系统均采取每个框架单独控制的方式,对机载增稳云台工作过程中存在的动态耦合未进行深入分析,一定程度上对控制精度造成干扰。针对上诉问题,本文基于牛顿-欧拉动力学方程建立了较为完善的三自由度动力学耦合模型,并给出其具体的动力学方程。然后结合工程实际应用特点对动力学耦合模型进行了合理的简化。最后结合电机的机电原理和本课题云台电机的实际参数,推导出了电机数学模型和云台伺服控制回路的精确模型。（2）阐述了机载增稳云台姿态检测过程。机载增稳云台姿态检测直接影响云台控制系统性能指标。本文选用MEMS惯性传感器对机载增稳云台的姿态进行检测。然后对姿态解算过程中经常使用的参考坐标系进行介绍,对姿态角经常使用的解算方法的基本原理及其优缺点进行详细分析,选用了四元数法解算机载增稳云台的姿态角。最后针对单一传感器姿态检测存在的缺点,为进一步提高姿态检测稳定性与准确性,将互补滤波算法应用于多传感器信息融合姿态解算。（3）提出了机载增稳云台控制系统的双闭环PID控制策略,并使用MATLAB的SIMULINK工具箱搭建仿真模型,对传统PID控制器的控制性能进行具体分析。同时针对传统PID控制器存在参数优化费时、最佳控制性能难以保证的问题,提出了基于布谷鸟搜索算法优化PID控制器参数的方法。仿真结果表明,基于布谷鸟搜索算法优化的PID控制系统相比于传统PID控制系统,具有超调更小、稳态精度更高、抗扰动性更强等特点。（4）设计了机载增稳云台验证系统。根据常用各类执行机构优缺点及应用特性的对比分析,选用了无刷直流电机作为机载增稳云台执行机构,并设计了机载增稳云台系统,进行了室内增稳测试和室外飞行航拍测试。测试结果表明拍摄画面平稳清晰且无明显抖动。实验结果表明本文设计的多旋翼无人机机载云台控制系统具有明显的增稳效果、较强的抗干扰能力和较高的跟踪精度,能够满足系统的设计要求。