随着无人机在军事和民用领域的应用不断深入,传统的固定翼无人机和旋翼无人机已不能满足复杂度越来越高的任务需求。尾座式垂直起降无人机综合了固定翼无人机和旋翼无人机的优点,既可以实现垂直起降和悬停,也可以实现长时间高度巡航,将具有广泛的应用前景。本文针对传统尾座式无人机悬停姿态控制精度低、悬停抗风性差、飞行模式转换速度慢和飞行模式转换过程中高度变化大的问题,设计了一种特殊构型的对称双翼尾座式垂直起降无人机。该无人机采用控制电机转速差的方式调节姿态。尾座式无人机悬停时,电机转速差所产生的控制力矩比舵面所产生的控制力矩更加稳定。因此,采用控制电机转速差的方式调节姿态,提高了尾座式无人机的悬停姿态控制精度。对称双翼的布局使得该无人机具有双向飞行模式转换的能力,提高了该无人机短距离机动性。旋翼倾斜安装的方式解决了螺旋桨滑流在机翼上作用所引起的偏航角发散的问题。本文基于运动学和动力学方程建立了对称双翼尾座式无人机的六自由度非线性数学模型并设计了控制系统。针对尾座式无人机悬停时容易受到侧风干扰的问题,设计了PID-滑模控制的内外层悬停控制系统结构,提高了系统的抗干扰能力。针对飞行模式转换过程中高度不稳定的问题,设计了基于最小时间定高转换策略的转换模式控制系统,有效地解决了转换飞行模式过程中高度变化大的问题。为了提高对称双翼尾座式无人机的姿态测量精度,首先,对姿态测量传感器进行了校正并对数据进行了滤波。然后,利用基于旋转矩阵的互补滤波算法进行姿态计算,得到准确的姿态测量结果。为了验证控制系统的有效性,首先,在SIMULINK中进行了仿真实验。然后,搭建了实验验证装置并进行了实际飞行试验。验证结果表明该无人机具有悬停姿态控制精度高、悬停抗风性强、快速双向飞行模式转换和转换飞行过程高度变化小的特点。