小型无人直升机是一种高度智能,可以代替人类完成各种高难度任务的飞行器,具有体型小、隐蔽性强、机动灵活等特点,在民用和军事等领域具有很广泛的应用。随着科技的发展,小型无人直升机逐渐成为国内外研究的重点。本文围绕着小型无人直升机的建模和鲁棒飞行控制展开研究,具体的研究的内容以及成果如下:首先,建立了小型无人直升机的非线性与线性化模型。对小型无人直升机的各个部分进行受力分析,根据力、力矩与小型无人直升机运动的关系,建立小型无人直升机的非线性模型;利用小扰动线性化的方法对非线性模型进行线性化,并通过测量和计算,给出了线性模型中的部分参数。然后,搭建了小型无人直升机的辨识平台,并通过系统辨识的方法进行模型参数优化。通过软件和硬件的设计,完成了对小型无人直升机姿态数据的采集,滤波,计算,传输等;设计了地面站系统,接收采集到的姿态数据并记录;利用记录的姿态数据,采用幅频特性曲线拟合的方法,对小型无人直升机的模型参数进行优化。其次,考虑到小型无人直升机所受到的干扰,设计了一种基于扩张状态观测器的H_∞鲁棒跟踪控制器,并在此基础上进行了轨迹跟踪控制器的设计。该方法通过扩张状态观测器对小型无人直升机的状态和所受到的干扰进行观测,并结合H_∞鲁棒控制的方法,对小型无人直升机所受到的干扰进行抑制,从而完成对小型无人直升机的角速率进行跟踪控制,在角速率控制良好的基础上,又结合传统的PID的控制方法,完成小型无人直升机的轨迹跟踪控制,并通过仿真验证了方法的有效性。接着,针对系统建模的不确定性以及镇定过程中的振荡问题,设计了闭环极点虚部受限的镇定控制器。该控制器通过限制闭环极点的虚部的范围,在保证镇定时间不能太长的基础上,尽可能的减小了镇定过程中小型无人直升机机体的振荡,并通过仿真进行了方法有效性的验证。最后,针对小型无人直升机受到的外界干扰以及跟踪过程中的振荡问题,设计了基于闭环极点虚部受限的H_∞鲁棒跟踪控制器。为了让小型无人直升机系统跟踪参考系统,本文采用闭环极点虚部受限以及H_∞鲁棒控制相结合的控制方法,设计姿态跟踪控制器,从而达到在保证跟踪时间足够短的基础上,减小跟踪过程中振荡,并且保证系统对外界的干扰的鲁棒性,并通过仿真证明了方法的有效性。