倾转旋翼机具备直升机垂直起降、低空飞行和空中悬停的特点,也具备固定翼飞机大航程、长航时、巡航速度快和任务载荷大的优势,因此有着广泛应用前景。本文以小型无人倾转旋翼机为研究对象,根据飞行控制系统的要求,完成了包括惯性传感器、导航模块、高精度差分GPS和飞控计算机的嵌入式飞控系统设计,建立了可靠性高、测量精度好的飞行控制系统;在软件上根据任务的优先级,提出了程序的调度时序;采用基于四元数的卡尔曼滤波算法对板载传感器数据进行融合,得到最优估计姿态,并实现了以商用高精度捷联惯导为主、板载传感器为辅的双余度捷联惯导系统。其次,提出小型无人倾转旋翼机在全模式下的操纵策略,采用内外环控制器结构以及控制器切换技术完成了全模式控制律设计,并给出了直升机模式下的自主起降策略;通过数值仿真计算,验证了所设计控制律和操纵策略的可行性。最后,对小型无人倾转旋翼机进行飞行试验,数据表明所设计的角速率控制器、姿态控制器、高度控制器和位置控制器能达到预期的控制效果;在直升机模式下进行了差分高度信号丢失、捷联惯导系统切换和自主起降的飞行试验。试验结果表明,应急情况处理流程、自主导航定位的测量精度和飞行轨迹跟踪控制律能够满足任务的需求。