小型无人直升机是一种能够实现垂直起降、空中悬停、侧飞和倒飞等功能的旋翼飞行器,相比于固定翼无人机,其在执行飞行任务的过程中具备更好的机动性和更大的灵活性,能够用于空中侦察、森林火灾监控、水上运输、农业喷洒以及地面测绘等领域,具有广泛的应用前景。因此,针对小型无人直升机的飞行控制问题成为了飞控领域的热点问题之一。论文围绕小型无人直升机的鲁棒控制问题展开研究,建立了小型无人直升机的数学模型,并研究了小型无人直升机存在建模误差和外界干扰等因素影响下的鲁棒飞行控制问题。论文主要研究内容如下:首先,分析了小型无人直升机机体各部件的受力情况,根据机理建模方法建立了无人直升机的非线性动力学模型。为方便控制器设计,对所建立的非线性动力学模型进行简化处理,分别得到小型无人直升机的线性模型和非线性简化模型。其次,研究了基于干扰观测器和鲁棒伺服LQR的小型无人直升机优化控制。首先分析了小型无人直升机的耦合特性,在此基础上,基于小扰动原理得到了解耦后的无人直升机线性模型。在原有LQR理论的基础上,引入输入信号的偏差积分量,采用伺服LQR方法设计控制器。同时,考虑无人直升机系统受到干扰作用影响,引入线性干扰观测器实现对外界不可测干扰的估计,并结合鲁棒伺服LQR和干扰观测器输出,设计跟踪控制器。仿真实验结果验证了该方法的有效性。然后,研究了具有量化输入的小型无人直升机优化控制。考虑到小型无人直升机的控制信号在传输过程中可能会受干扰作用,引入量化器来增强控制信号的抗干扰性。基于无人直升机的线性模型,采用Backstepping的方法设计控制器,并通过Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性。为了获得最佳的控制器性能,考虑将粒子群优化算法用于Backstepping方法中的控制器参数整定。最后通过MATLAB仿真来验证该方法的有效性,从仿真结果中可以看出,文中提出的控制方法可以较好的实现无人直升机的位置和姿态跟踪,且通过优化算法所获得的控制器参数可使控制器性能最佳。接着,研究了基于干扰观测器和SDRE的小型无人直升机优化控制。考虑小型无人直升机系统阶次较高,直接设计控制器较为困难,首先将无人直升机系统划分为4个子系统,即位置环、速度环、姿态环和姿态角速率环。进而,针对每个子系统采用SDRE方法设计控制器。同时,考虑无人直升机系统受到干扰作用影响,引入非线性干扰观测器实现对外界不可测干扰的估计,并结合SDRE和干扰观测器输出,设计跟踪控制器。仿真结果表明,文中给出的控制方法使得无人直升机存在外界干扰下具有较强的鲁棒性,且跟踪性能较好。最后,研究了小型无人直升机的三维视景仿真实现。在前文中研究了针对小型无人直升机的飞行控制问题,并通过数值仿真验证了各控制方法的有效性。为了模拟小型无人直升机的实际飞行,采用三维视景仿真来实现小型无人直升机的轨迹跟踪过程全显示。文中采用Visual C++6.0和OpenGL相结合的方法,通过Visual C++6.0实现具体的软件平台设计,OpenGL绘制三维物体与自然物景。最后的视景仿真实验表明,设计的软件平台可以有效地模拟小型无人直升机的轨迹跟踪过程。