随着无人驾驶航空飞行器应用范围的不断扩大,与此相关的理论和技术已经成为研究热点。飞行控制是航空飞行器完成各种任务的前提和保障,因而自动飞行控制方法的研究也在不断的深入。针对应用范围较广的两类航空飞行器,即固定翼无人机和四旋翼飞行器,本文进行飞行控制方法的研究。作为动力学系统,两类航空飞行器的空气动力学特性中不仅存在着强烈的非线性特性和耦合问题,而且其动力学特性复杂且随环境变化势必导致不确定性的存在。与此同时,两类航空飞行器皆是四输入、六输出的欠驱动系统。针对这些问题虽然已有不少研究成果,但尚不完善,有待进一步研究。一方面,各类控制方法在各式各样的实际控制问题上各具优势却也各有局限,从而需要就实际研究问题进一步进行自动控制算法上的深入研究。另一方面,作为动力学特性复杂的运动系统,航空飞行器中存在的问题也是多样的,已有成果中多为针对某一个或两个特定问题进行研究的(比如只进行纵向运动控制研究,抑或是只进行局部线性范围内的飞行控制研究)。本文综合考虑飞行包线下或航线任务下的六自由度飞行控制问题,更全面深入地研究自主飞行控制。综合上述分析,本文研究固定翼无人机和四旋翼飞行器的空气动力学特性,归纳分析出两者在飞行包线下的飞行控制问题,包括欠驱动、非线性、耦合问题以及不确定性问题。同一问题在不同的被控对象上程度相异,例如分别存在于四旋翼飞行器和固定翼无人机中的慢时变不确定性和快时变不确定性。因此,在上述分析的基础上,针对两类飞行器各自所存在的控制问题,进行飞行控制系统研究、设计和验证。具体而言,本文的主要工作如下:一,本文考虑四旋翼飞行器和固定翼无人机的六自由度飞行运动控制问题,即不局限于姿态运动或是纵向运动的控制。众所周知,两类航空飞行器皆为四输入、六输出的欠驱动系统,文中分别依据各自动力学特性,应用时标分离原则将无人机运动方程中的动力学模型和运动学模型分别定义为含快变量的内环和含慢变量的外环,从而相应地进行两类飞行器飞行控制系统的递阶分层结构设计。在提出飞行控制系统递阶结构方案的基础上,建立无人机仿真模型、搭建基于xPC Target的实时飞行仿真系统,并通过实时仿真以及试飞实验以分别验证两类飞行控制系统递阶结构方案的可行性和有效性。二,针对四旋翼飞行器动力学特性中存在的耦合、不确定性以及非线性问题,研究四旋翼姿态控制和四旋翼飞行控制。考虑四旋翼飞行器的姿态运动耦合问题,提出一种线性解耦控制,并通过理论分析证明其可同时保证闭环系统的解耦性和稳定性。在此基础上,针对姿态运动中的不确定性和干扰问题,研究L1自适应控制。结合所提出的线性解耦控制,进行改进L1自适应控制的研究,并基于改进L1自适应控制,设计四旋翼姿态控制系统。与此同时,针对四旋翼飞行器的非线性问题,研究增益调度思想,结合所提出的线性解耦控制设计增益调度解耦控制,并基于此控制律和递阶形式的控制系统结构,设计四旋翼飞行控制系统。上述改进L1自适应控制以及增益调度解耦控制在设计思想上可归类为自适应控制,且文中通过仿真验证了基于两者分别设计的姿态控制和飞行控制系统。三,本文切实地考虑飞行任务,综合考虑固定翼无人机在飞行包线下的飞行控制问题,而不局限在局部线性范围内的飞行控制问题。首先,固定翼无人机在飞行包线下,空气动力学特性随高度速度变化而变化,且动力学模型复杂难以精确建模;此外,作为外环的运动学模型本质是非线性的。针对上述问题,在已验证的控制系统递阶结构方案的基础上,本文研究切换控制和非线性动态逆以实现大范围内的六自由度飞行控制。(i)针对动力学模型的不确定性,提出一种多模型辨识算法,(ii)针对切换瞬态差的问题,提出基于模型参考控制和神经网络切换律的平滑切换控制,并通过理论分析和仿真实例检验了辨识算法和切换控制的可行性和有效性。(iii)将所提出的多模型辨识算法和平滑切换控制分别应用于固定翼无人机的纵向动力学模型和横侧向动力学模型的控制问题中,从而实现针对动力学模型的内环控制。(iv)与此同时,无人机的运动学模型是根据运动学关系建立的,其为无人机运动方程中的可精确建模部分。考虑其所包含的非线性特性,文中应用非线性动态逆方法进行外环控制律的设计。(v)综合所设计的内环控制和外环控制,最终构建起固定翼无人机的飞行控制方法。其次,考虑固定翼无人机转弯时纵向运动和横侧向运动的耦合问题,提出无侧滑的协调转弯方法,从而规避了非协调转弯时的高度、速度损失等情况。在给定航线任务下,为能根据要求实现自主飞行、高效地规划实时目标航向,本文研究并提出一种航向规划算法。文中通过飞行仿真验证了所提出的航向规划算法以及固定翼飞行控制方法的合理性和有效性,且协调转弯下飞行控制效果良好。需要指出的是,本文中提出了针对含阶跃跳变的参考信号的可微化变换方式,通过仿真验证了该变换方式的合理性和有效性,并在文中大部分的仿真测试中应用了该变换方式。最后,论文对全文进行了总结,并对进一步的研究提出了展望。