小型无人直升机具有高灵敏度、高准确性和飞行过程安全可靠等特点。相比于其它固定翼无人机,小型无人直升机造价低、体积小、重量轻,能够完成垂直起降、空中悬停、协调转弯、向前和向后飞行等多种姿态飞行,它不仅能够完成固定翼无人机所能完成的各种任务,诸如飞行训练、地质勘探、气象观察、搜索救援、运输等,而且它对起飞场地,使用环境要求都较小,能够适应复杂多变的环境。凭借自身的特性,小型无人直升机在民用和军用方面都有着广泛的应用。本论文对小型无人直升机的飞行控制系统设计方法进行了研究,并通过大量的仿真实验和真实飞行实验,对所设计的飞行控制方法进行了验证。论文的主要研究内容和贡献如下:(1)研究了小型无人直升机的数学模型。在卡内基梅隆大学所建立的Yamaha R50型十一阶直升机数学模型基础上,分析了亚拓600小型无人直升机的物理特性。(2)基于PID(Proportional-Integral-Derivative)控制算法,设计了小型无人直升机飞行控制系统底层控制结构。整个底层控制结构分成内环、中环和外环三个控制回路。控制算法能控制直升机完成起飞、悬停、降落等动作,并具有良好的稳定性。(3)基于直升机所处的飞行阶段,对直升机进行飞行模态的划分。目前将直升机模态分为五种飞行模态:静止模态、起飞模态、巡航模态、降落模态、异常模态。并对每一个模态都设计了不同的控制策略,来保障直升机在各个模态下保持良好的飞行特性。(4)采用软件架构设计的方法,对飞行控制系统机载软件进行了架构设计。从功能逻辑层次和数据运行层次两个方面,对飞行控制系统架构进行了细致的分析,从而有效地改善了软件质量,提高了机载软件的鲁棒性。(5)在PC 104机载计算机上,基于Linux操作系统平台,实现了机载飞行控制系统软件。并对最终实现的软件进行了可调度性分析。(6)设计并完成了直升机室外飞行实验,通过对实验数据的分析,验证了飞行控制系统设计的正确性。本文主要研究和实现小型无人直升机自主飞行控制系统,为自主飞行小型无人直升机的研制创造了良好的基础。本文所设计的飞行控制系统,已经成功控制亚拓600型无人直升机在室外环境中完成自动起飞、定点悬停和自动降落等飞行任务,而且具有良好的控制精度、稳定性和响应时间特性。