本文提出了一种基于共轴双桨的油电混合动力无人旋翼机设计方案,该方案将传统四旋翼无人机与共轴双桨直升机的优势结合起来,采用油动发动机驱动中间的共轴双桨提供主要升力,电动机驱动的四个旋翼用来改变旋翼无人机的姿态,该动力组合充分利用了油动发动机续航时间长与电动机响应较快的特点。相比于传统电动旋翼机,该设计方案大幅提升了旋翼机的续航时间。相比于传统油动旋翼机,该设计方案结构相对简单,无需控制桨距,极大降低了机械复杂度和控制复杂度,提升了可靠性。以该共轴双桨旋翼机设计方案为基础,本文设计并制作了基于共轴双桨的电动试验机,并进行了共轴双桨旋翼机自动驾驶仪的软硬件总体设计,硬件上采用双处理器进行任务处理,软件上引入了Linux实时操作系统进行任务调度以及模块化设计的思想,以此提升自动驾驶仪的可靠性及可扩展性。接下来本文建立了基于共轴双桨的旋翼机动力学模型,以该动力学模型为基础本文设计了基于特殊欧氏群SE(3)进行控制的非线性控制器,该非线性控制器可以控制共轴双桨旋翼机按照期望的控制路径与偏航角进行飞行。与基于欧拉角的传统控制器相比,该控制器避免了奇异性问题,并可以实现对于复杂路径的跟踪效果,提升了无人机的机动性。根据Simulink控制系统仿真结果,该控制器对于各种复杂路径具有很好的跟踪控制效果。最后利用试验机进行实际飞行试验,试验过程中试验机完全按照给定路径和给定偏航角进行飞行,实验结果表明该控制系统可实现对共轴双桨旋翼机的有效控制,具有实际应用价值。