近年来,多旋翼无人机作为航空产品领域的一支新秀,越来越多的被应用到军事和民用领域,引起国内外科研人员的广泛关注。目前,以四旋翼为代表的偶数旋翼无人机发展日益成熟,但仍面临一些关键技术的挑战,如最优化设计、动力与续航问题等。为了使旋翼无人机获得更好的续航性能,本文设计了一款三旋翼无人机,通过在尾部增加一个舵机,使尾翼可以绕机臂进行偏转,从而实现抵消尾翼反扭力矩的作用。三旋翼无人机是一种外观新颖、性能优良的旋翼飞行器,相较于四旋翼无人机,由于其节省了一个电机和旋翼,使无人机结构更加紧凑,减轻机身重量,从而提高续航时间。本文的主要工作如下:首先,本文介绍了三旋翼无人机的机械结构和旋翼布局,然后根据无人机的飞行原理对三旋翼无人机进行受力和力矩分析,利用牛顿欧拉方程推导出三旋翼无人机的动力学模型,得出三旋翼无人机输出变量之间耦合度高且具有非线性特性,然后基于小角度假设和低速无风的运行环境对三旋翼无人机模型进行简化,并通过SolidWorks软件进行建模,导出了无人机的转动惯量。其次,搭建三旋翼无人机平台。对三旋翼无人机硬件系统进行设计,分析了三旋翼无人机重心位置对飞行稳定性的影响,由无人机负载要求确定了电机和桨叶的选型,并设计了主控制器电路、姿态传感器电路、遥控电路、调试电路等。随后对三旋翼无人机软件系统进行设计,构建了基于实时操作系统的飞行控制软件框架,并对任务控制流程进行了简要的介绍。最后,根据三旋翼无人机的动力学模型分别设计了基于串级PID和反步法的飞行控制方案。本文首先使用串级PID算法对三旋翼无人机进行飞行控制,通过matlab进行仿真验证了PID控制器可以基本实现三旋翼无人机的飞行控制。为了进一步提升无人机的飞行性能,文章提出了基于反步法的姿态控制方案,并通过理论推导得出其控制律,随后对控制模型进行仿真,其结果验证了反步法可以快速实现三旋翼无人机的姿态跟踪,且响应无超调。最后通过无人机样机的飞行实验证明了控制方案的有效性。该论文有图54幅,表1个,参考文献62篇。