共轴双旋翼无人机相较于多旋翼无人机和固定翼无人机,具有结构简单紧凑,气动性对称等优点,能够实现许多其他类型无人机完成不了特殊的任务需求。但是共轴双旋翼无人机的操纵系统比较复杂、整体系统的气动性比较复杂、各个飞行运动耦合性比较强,所以对其建立无人机数学模型及三维模型难度比较大,并且国内外还没有一个完善的共轴双旋翼无人机模型和控制算法的建立。针对上述问题,本文通过参考国内外文献设计了共轴双旋翼无人机模型,并且通过联合仿真以及与样机测试得到的实验结果相对比,开展共轴双旋翼无人机的控制算法研究。本论文首先通过三维软件搭建了共轴双旋翼无人机模型,然后通过参考国内外相关文献,组装了自己的试验样机,根据共轴双旋翼无人机的动力学和运动学建立了六自由度数学模型,并阐述了数学模型相关参数的获取。其次针对共轴双旋翼无人机的控制系统设计问题,采用了在传统控制领域比较常用的PID控制器,为了能使无人机的控制系统更加稳定又在传统PID控制器的基础上设计了串级PID控制方法。借助ADAMS动力学仿真软件和MATLAB进行联合仿真,验证了单级PID与串级PID两种控制方法可行性,最终采用了稳定性更高的串级PID控制算法,对样机进行飞行测试试验,通过仿真与测试所得的结果进行比较,验证所设计控制算法对共轴双旋翼无人机姿态控制的可行性。最后仿真和飞行测试结果表明,本文所设计的控制算法,能够有效的对共轴双旋翼无人机姿态进行控制。