随着无人机技术的发展,由旋翼无人机和机械臂组成的复合机器人系统逐渐成为目前机器人领域的一个热点研究对象。通过对机械臂的控制可以赋予无人机更多的功能从而执行更多元的任务。然而,由于旋翼无人机系统本身的欠驱动性及非线性,在引入机械臂之后,还需要解决两个机器人系统之间因耦合效应而带来的复杂协同控制问题,这在原本控制器设计的基础上又大大增加了难度。本文主要是研究旋翼飞行机械臂复合机器人系统的控制问题。考虑到复合系统控制器设计的复杂程度,本文首先分别对机械臂和旋翼无人机系统进行了控制器设计,为旋翼飞行机械臂复合系统的控制器设计奠定研究基础,随后逐渐深入,针对旋翼飞行机械臂复合系统的控制问题提出有效的解决方法。具体研究内容如下:首先,考虑机械臂的控制器设计问题。本文设计了一种基于压缩理论的自适应控制器和一种带有速度观测功能的输出反馈控制器。区别于李亚普诺夫函数法,采用压缩理论在证明系统指数稳定性的同时,还可以人为设定系统的收敛速度。最后通过系统仿真对两种算法进行了对比与分析,同时验证算法的有效性。其次,考虑旋翼无人机的控制器设计问题。结合该系统动力学的级联性质,本文将其拆分成位置控制和姿态控制两个环路。对于位置控制环,本文设计一种基于视觉伺服的输出反馈控制器。对于姿态控制环,本文设计一种带有角速度观测功能的姿态控制器。最后通过仿真算例和物理实验验证了算法的有效性。然后,考虑机械臂输出力控制器设计问题。在机械臂系统执行与环境交互的一类任务时,机械臂系统在进行动力学控制的同时也需要对输出力进行控制。本文结合视觉伺服控制算法,同时考虑建模不确定性、未知死区输入、未知的工作接触界面等不利因素,提出了一种自适应力控制算法。最后,通过数值仿真验证了该算法的有效性。最后,考虑旋翼飞行机械臂复合系统的控制器设计问题。本文沿用了对于机械臂和旋翼无人机系统单独设计控制器时的研究思路,为复合机器人系统设计了一种自适应滑模控制器和一种基于无人机级联性质设计的混合控制器。最后通过数值仿真算例验证了算法的有效性,并将两种算法的控制效果进行了对比与分析。此外,参考机械臂输出力控制器设计思路,本文针对旋翼飞行机械臂复合系统提出了一种动态力控制算法并进行了数值仿真验证。