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近年来，小型无人直升机及其相关技术得到了快速发展，被应用于军事和民用的许多领域。小型无人直升机具有可垂直起降，机动性高，续航时间长等特点，但是其内外部结构较为复杂，整体呈现静不稳定性，状态参数之间存在强耦合，系统高度非线性，这些因素都给小型无人直升机飞行控制系统的设计带来了较大的挑战，也制约了小型无人直升机更进一步的广泛应用。本文基于小型无人直升机的飞行动力学结构特性给出了其非线性和线性模型，对于线性模型，设计了一种姿态-位置的内外环飞行控制回路，并采用H∞方法对控制律进行求解以提高系统控制的鲁棒性，对于非线性模型，则采用块反步方法对各子系统飞行控制律进行推导，并结合广义比例积分观测器对扰动进行预估抑制，最后将飞行控制系统与航迹规划算法进行融合，构建了小型无人直升机的自主导航策略，并借助粒子群方法对自主导航系统的相关参数进行了优化。本文主要研究内容如下：
1.无人直升机数学模型的建立。基于无人直升机的飞行动力学特征，建立了无人直升机的力和力矩方程、运动学方程和刚体动力学方程，总结归纳后得到了无人直升机的机理模型。将该机理模型经过一定简化，则得到目前使用较为广泛的非线性模型形式；而通过小扰动法对机理模型进行线性化处理，则得到了无人直升机的线性模型。无人直升机的线性和非线性模型是飞行控制系统和自主导航系统搭建的基础。
2.将H∞鲁棒控制律应用到无人直升机的姿态和位置控制中。首先采用H∞控制给出了线性时不变系统静态输出反馈的具体形式，接着提出了一种高效的数值解法对输出反馈的增益系数矩阵进行求解，最后将其应用到无人直升机内外环的控制回路中，并通过数值仿真对控制器的性能进行了验证。
3.将块反步控制与广义比例积分观测器结合，对内外部扰动作用下的无人直升机非线性模型进行控制。首先采用块反步控制策略对非线性模型下含扰动项的各个子系统的控制律进行了递归求解，接着借助李雅普诺夫第二定理对块反步控制律的稳定性进行了理论证明，对于块反步控制律中存在的扰动项通过广义比例积分观测器进行预估，最后通过阶跃信号和复杂航迹的跟踪仿真，验证了该控制策略的动态响应性能、航迹跟踪能力和扰动抑制能力。
4.建立无人直升机飞行控制系统与航迹规划算法相结合的自主导航控制策略。首先建立飞行控制系统与航迹规划算法结合的导航控制回路，接着通过数值仿真对导航控制策略的可行性进行验证，然后改进算法完善导航控制策略，最后借助粒子群优化算法对导航控制回路的相关参数进行择优。
1.无人直升机数学模型的建立。基于无人直升机的飞行动力学特征，建立了无人直升机的力和力矩方程、运动学方程和刚体动力学方程，总结归纳后得到了无人直升机的机理模型。将该机理模型经过一定简化，则得到目前使用较为广泛的非线性模型形式；而通过小扰动法对机理模型进行线性化处理，则得到了无人直升机的线性模型。无人直升机的线性和非线性模型是飞行控制系统和自主导航系统搭建的基础。
2.将H∞鲁棒控制律应用到无人直升机的姿态和位置控制中。首先采用H∞控制给出了线性时不变系统静态输出反馈的具体形式，接着提出了一种高效的数值解法对输出反馈的增益系数矩阵进行求解，最后将其应用到无人直升机内外环的控制回路中，并通过数值仿真对控制器的性能进行了验证。
3.将块反步控制与广义比例积分观测器结合，对内外部扰动作用下的无人直升机非线性模型进行控制。首先采用块反步控制策略对非线性模型下含扰动项的各个子系统的控制律进行了递归求解，接着借助李雅普诺夫第二定理对块反步控制律的稳定性进行了理论证明，对于块反步控制律中存在的扰动项通过广义比例积分观测器进行预估，最后通过阶跃信号和复杂航迹的跟踪仿真，验证了该控制策略的动态响应性能、航迹跟踪能力和扰动抑制能力。
4.建立无人直升机飞行控制系统与航迹规划算法相结合的自主导航控制策略。首先建立飞行控制系统与航迹规划算法结合的导航控制回路，接着通过数值仿真对导航控制策略的可行性进行验证，然后改进算法完善导航控制策略，最后借助粒子群优化算法对导航控制回路的相关参数进行择优。