直升机是二十世纪在航空技术领域的主要创造之一,随着人类的生产生活被越来越广泛应用。直升机在全球市场都表现出了强烈的需求,这为直升机系统的研究带来了发展机遇的同时也带来了挑战。直升机飞行系统具有高阶次、非线性、强耦合、多输入输出等特性,其控制理论和方法一直是人们研究重点。在进行直升机系统的控制理论和控制算法的研究过程中,通常需要模拟直升机的飞行姿态,实现所提出控制算法的验证,而真实的直升机造价很高,在对其进行研究过程中很容易造成财力物力的损失。因此,需要一个仿照直升机结构而设计的实验平台进行算法研究。三自由度直升机实验系统是从直升机系统抽象出来的实验平台之一。本课题对三自由度直升机实验系统进行了软硬件开发和运动控制策略的研究,分别将LQR(linear quadratic regulator)控制策略和基于未知输入观测器的控制策略应用于实验室构建的小型三自由度直升机实验系统上,完成了算法的实验验证。本文的主要工作如下:(1)在研究并掌握了三自由度直升机实验系统的物理模型后,对实验室早期搭建的三自由度直升机实验系统进行机械结构和外观的改进,主要涉及了结构连接部分的可调节性和稳定性等方面的改进;采用Cadence软件进行该系统电气方面的设计与制作,并对所涉及电路进行仿真分析,验证所设计电路的正确性。(2)三自由度直升机实验系统的建模及控制方法研究。通过欧拉-拉格朗日方程建立三自由度直升机实验系统的动力学模型,随后针对该系统设计了LQR控制策略;针对三自由度直升机实验系统进行基于未知输入观测器的控制方法研究,并在最后通过对比LQR控制算法进行其抗干扰性的分析。(3)三自由度直升机实验系统的软硬件开发。主要采用高性能的TMS320F28377D双核处理器对直升机系统的输入输出进行配置从而实现系统的实时控制;基于C#语言进行了该系统的上位机界面设计。(4)三自由度直升机实验系统的控制算法实验验证。针对本文提出的控制方法进行实验验证,证明所研究策略的有效性和抗干扰性。