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多旋翼无人机由于其结构简单、控制特性好而被广泛应用。然而，有效载荷小、航时短也是其明显缺点。为解决该问题，近年来出现了多种不同方案。其中，一种采用主升力系统和姿态控制系统相分离的新构型多旋翼无人机（LSMR）可有效解决上述问题，具有明显的技术优势和广阔的应用前景。本文即针对这种新构型多旋翼无人机的控制律设计开展相关研究： 1、在分析了LSMR的操纵原理后，考虑了重心偏移和陀螺力矩影响，建立了LSMR飞行动力学模型。 2、基于反步法和经典PID控制算法设计了飞行控制律，进一步基于Simulink完成了LSMR的飞行仿真试验，通过飞行仿真测试了悬停飞行、定点飞行、盘旋上升和定点环绕的控制性能。风扰仿真的结果表明基于反步法-PID多重环路设计的控制器具有较好的稳定性。 3、针对特殊地形下的地形跟随飞行任务，提出了不安全地形规避控制策略，基于Simulink的仿真结果表明，该控制策略能够实现LSMR在特殊地形下的安全飞行。 4、基于非线性动态逆显模型跟踪控制方法设计了姿态控制律，仿真结果表明，通过显模型设计控制通道，可显著提高其控制性能。并与反步法-PID姿态控制律对比分析了小角度简化对姿态控制带来的影响。 5、研制了LSMR样机的飞行控制系统。在完成了控制系统的性能测试后，进行了悬停系留状态下的飞行控制律飞行试验验证，验证了基于反步法-PID设计的控制器的正确性和有效性。