微小型旋翼飞行器是一种结构简单、飞行控制方式独特且可以垂直起降的飞行器形式，具有广阔的应用前景。目前，人们对旋翼飞行器的研究日趋成熟。其中，飞行器模型的建立和飞行控制系统的设计是研究的主要问题。本文针对新型三轴式双旋翼飞行器，根据牛顿定律和欧拉方程，推导建立了其六自由度非线性方程，并重点分析讨论了其控制策略，给出了最终的控制对象模型。然后，采用经典的PID控制方法分别设计了飞行器的姿态控制器和轨迹控制器，并验证了其控制效果。三轴式双旋翼飞行器是一个MIMO欠驱动系统，具有非线性、耦合等动力学特性。因此，为了实现更高效、更精确的控制，本文设计了基于动态逆的鲁棒控制器。首先，采用非线性动态逆方法，按照状态变量变化的快慢，将系统分为角速率回路、姿态角回路以及轨迹回路，并分别设计了飞行器的姿态回路控制器和轨迹回路控制器。仿真结果说明，在该控制系统作用下，系统具有良好的解耦性和稳定性。但是，动态逆控制器的鲁棒性较差，对模型的准确度要求较高。因此，本文在其基础上引入回路成形鲁棒控制器，设计了姿态回路鲁棒控制器和轨迹回路鲁棒控制器。通过选择适当的权函数，对原系统进行回路成形，改善系统的开环奇异值函数曲线特性，然后求解得到鲁棒镇定控制器，使得闭环系统具有良好的鲁棒性能和鲁棒稳定性。仿真验证表明，在鲁棒控制系统作用下，系统具有良好的悬停性能、跟踪性能、抗扰动性能和鲁棒性能。