多旋翼飞行器由于其结构简单,机动灵活,能够实现悬停、垂直起降等特点,随着自动控制理论的深入研究,以及微型传感器的广泛应用,近年来多旋翼飞行器受到广泛的关注。目前多旋翼飞行器已经应用在了影视航拍、飞行表演、农药喷洒以及环境监测等任务中,同时对飞行器的载重要求也越来越高,使其能够搭载更多的设备。然而目前增加载重能力的方法主要是增大轴距以及旋翼尺寸,但带来的问题就是不方便携带尤其是在远距离运输时,且大旋翼在高转速下非常危险容易造成人员伤亡。为了解决这一问题,本文设计了一种新型样机,在不增加轴距的情况下增加旋翼的载重能力,运用不同控制方法对飞行器模型进行仿真分析,并在样机上进行编程实现。本文在四旋翼飞行器的基础上重新设计了一种五轴样机,其特点是在四轴飞行器的腹部增加第五旋翼,建立样机的三维模型,并采用碳纤维板对样机的机架进行加工,选取相应模块搭建样机平台。分析并建立了改进后的该样机的动力学模型,并通过实验确定了模型的相关参数,包括升力系数、扭矩系数、比例系数等,并搭建了飞行器的Matlab仿真平台。根据样机的动力学模型,分别设计了PD以及反步法控制器,并使用Matlab工具包进行了仿真实验,结果表明PD控制方法调节平稳且没有超调量,而反步法响应速度快,但存在着一定的超调量。编写了飞行器的控制程序并在样机上进行了实验验证,同时测量了飞行器的升力,实验结果表明在飞行器腹部增加旋翼能够提高21.3%的升力。