近些年来,小型旋翼无人机因具有垂直起飞,自由降落,侧飞,倒飞等一系列优点,可以在狭小地势,危险复杂环境中完成各种任务。因此,无论是在军用领域还是民用领域都获得了广泛的应用。然而,小型旋翼无人机在飞行过程中,常常受到外部扰动的影响,并且受高度或其它因素的影响而发生模型特性的改变,这些不确定因素将会影响小型旋翼无人机的姿态控制性能。本文研究的三自由度直升机可以很好地模拟小型旋翼无人机的关键动态特性,已经成为研究小型旋翼无人机姿态控制问题的重要辅助工具。因此,本文将针对三自由度直升机中存在模型不确定性以及外部干扰的问题进行研究,论文主要研究内容如下:（1）基于扰动观测器设计方法,研究了具有外部扰动的三自由度直升机姿态跟踪控制问题。首先,利用扰动观测器对三自由度直升机的外部扰动进行估计。在此基础上,提出了一种新的具有扰动补偿的非线性跟踪控制器。利用Lyapunov稳定性理论,证明了所得到的闭环三自由度直升机系统是渐近稳定的。仿真结果验证了该方法的有效性。（2）在研究了具有外部扰动的三自由度直升机姿态跟踪控制问题的同时,又进一步考虑了三自由度直升机的模型不确定性问题。因此,针对模型不确定性和外部扰动未知的三自由度直升机,将命令滤波与神经网络技术相结合,提出了姿态跟踪控制器的设计方案。在Backstepping设计方法的基础上,采用命令滤波器对未知的模型不确定性和外部扰动进行重构。然后利用神经网络技术逼近重构的模型不确定性和外部扰动,实现了三自由度直升机的高精度姿态跟踪控制。最后,利用Lyapunov稳定性理论对三自由度直升机闭环跟踪控制系统的稳定性进行了证明。仿真结果验证了该方法的有效性。