本文以某型无人直升机为研究对象,采用理论分析和数值仿真相结合的方法,对小型无人直升机的建模与控制技术相关问题进行研究。主要内容包括:(1)介绍了小型无人直升机的主要结构和操纵系统,分析了小型无人直升机的动力学特性和主要部件的气动力情况,采用机理建模手段建立无人直升机的动力学模型。(2)对建立的全状态动力学模型进行四通道阶跃响应分析,验证模型的合理性。在配平点处对模型进行配平及线性化处理,得到模型的状态空间表达式,求解模型状态矩阵的特征根,分析无人直升机的运动模态。求解四通道的传递函数表达式,为控制器的设计提供支持。(3)基于PID控制和自抗扰控制技术设计无人直升机的姿态控制器。详细论述两种控制器的设计方法及程序结构,通过设计跟踪微分器,对待消除的状态误差信号安排合理的过渡过程。通过设计扩张状态观测器,观测模型的内外扰动,来提升系统的鲁棒性,增强系统的控制性能。通过在控制输入中加入噪声干扰,利用MATLAB工具仿真分析两种控制器在噪声干扰下的姿态响应结果。(4)设计基于内外环结构的轨迹跟踪控制器,内环为姿态控制,要求响应速度快,采用自抗扰控制技术设计,外环为长周期的速度、轨迹控制,要求精度高,稳定性好。设计纵向位置、侧向位置和高度自动过渡控制律,设计由六个航路点构成的三维类矩形航路,仿真验证在风扰动下控制器对轨迹的跟踪性能。通过上述对无人直升机动力学建模、姿态控制器设计和轨迹跟踪控制方面的理论研究,本文将为实验室关于无人直升机飞行控制系统半物理仿真及自主控制技术方面的研究提供理论支持。