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直升机具有能够定高悬停、无跑道垂直起降的天赋优势，其在军事应用和民事应用方面都有着广泛的用途和前景。因此，研究三自由度直升机飞行系统具有十分重要的实际意义，但由于三自由度直升机系统是一个典型的多输入多输出，强耦合、非线性的复杂系统，使得三自由度直升机飞行系统的控制具有一定的难度。 针对三自由度直升机的飞行控制问题，本文将H2控制、H∞控制和mixedH2/H∞控制算法应用到三自由度直升机的飞行控制中。现有研究大多仅采用数值仿真且不够系统，本文系统的阐述了上述三种控制器的原理和设计过程，并且在数值仿真的基础上，通过硬件在环仿真验证了算法的有效性。 本文的主要工作如下： 1.介绍了三自由度直升机的国内外研究现状，针对本文所设计的控制器，介绍了鲁棒控制和LMI简史。 2.说明本文所需的LMI基础知识，包括LMI表述法，LMI求解之内点法，进行矩阵变换的Schur补引理及LMI问题求解法与相关函数。 3.详细介绍了三自由度直升机系统的结构及主要组成部分。在此基础上，分别分析了三自由度直升机三个轴分别处于理想且稳定飞行位置时的动力学方程，简化后得到直升机系统的状态空间模型。 4.三自由度直升机H2、H∞和mixedH2/H∞控制器的设计。根据直升机系统的状态空间模型，分别提出了针对三自由度直升机的H2控制器、H∞控制器及mixedH2/H∞控制器。此外，本文详细介绍了H2控制、H∞控制和mixedH2/H∞控制的原理并给出了各自问题的LMI描述。结合MATLAB的LMI工具箱求解出了相应的控制器的控制参数，并成功得通过大量的仿真取得了合适的权函数矩阵Q和R，然后通过数值仿真验证了所设计控制器的有效性。 5.硬件在环仿真。通过硬件在环仿真对各控制器的控制效果进行了进一步验证，并与PID控制器的控制效果进行对比。实验根据不同控制器分别对三自由度直升机进行调节实验和跟踪实验。调节实验中加入了两种干扰信号：其一为ADS(Active Disturbance System)，其二为人为扰动。跟踪实验的参考输入信号有方波和正弦波，同时也考虑了ADS。通过实验对比可知，本文方法在保证较好的动态性能的前提下，在干扰抑制方面表现出更优越的控制性能，即具有更好的鲁棒性能。