小型无人直升机相对于固定翼无人机和多旋翼无人机有无可替代的优势,虽然世界各国科研工作者进行了积极深入的研究,在小型无人直升机领域取得了许多阶段性成果,但由于小型无人直升机本身复杂且高度非线性的动力学模型,其还没能在实际生活中广泛应用。本文研究内容来源于吉林省科技厅“快速反应抢险救灾垂直起降无人机系统装备研制及应用开发”,项目编号20190303061SF,为解决小型无人直升机自主飞行难点,本文对其动力学模型和控制技术展开了研究,同时为实现恶劣环境下小型无人直升机的稳定飞行提供思路。针对小型无人直升机的建模难点,建立了较为详细的非线性飞行动力学模型,通过机理建模法,对小型无人直升机的主旋翼、尾桨、机身、水平尾翼和垂直尾翼空气动力学进行了计算及推导,并在Matlab-simulink中搭建了非线性模型。针对小型无人直升机的非线性模型,通过小扰动理论对其进行了线性化处理,并针对线性模型设计了基于线性矩阵不等式的低阶参数化H∞回路成型算法姿态控制器,该控制器不仅比经典H∞回路成型控制器阶数低4阶,还可通过调节参数μ来灵活调整控制器的响应性能、稳定裕度。为进一步验证姿态控制器对复杂工况下干扰的鲁棒性,在Ansys-fluent中搭建了风沙两相流仿真环境,考虑了不同相对空速、不同粒径、不同质量浓度下的风沙干扰情况,并将风沙干扰引入控制算法中验证控制效果,在相对空速18m/s,粒径100μm,质量浓度9000μg/m~3的风沙干扰下,本文设计的姿态控制器仍然能在2s左右收敛到稳定,随后姿态角在±1.15°范围内小幅波动,结果表明该控制器在风沙环境下仍然有良好的控制效果,为探究恶劣环境下小型无人直升机的控制性能提供了参考。