与固定翼飞机相比,无人直升机具有很多独特的功能,例如垂直起降、低速巡航、定点悬停等,因而,在许多环境极其恶劣的情况下能够替代人完成很多复杂而又危险的任务。当今直升机已在军用和民用中都已经得到了非常广泛的应用,在军用领域中的侦查敌情、电子对抗、信息攻击、精确打击等;而民用中的应用更是涉及到各个领域,地震灾区生命搜索、森林火灾检测、电力线巡检、航拍摄影、空中信号中继等,随着直升机技术和性能的不断提高,其应用范围还在不断扩大。近些年来,无人机领域的研究更是迅猛发展,很多的研究机构和大学都在致力于无人机自主飞行控制的研究,也取得了一定的成果。但由于直升机系统是一个多输入输出系统,并且各个通道之间高度耦合,飞行模态多变,因此是一个非线性的不稳定系统,此外,直升机常飞行在恶劣的环境中,包括飞鸟、电力线、阵风等各种扰动因素,这给无人直升机的自主飞行控制带来了极大的挑战,上述的这些因素给无人直升机的应用带来巨大的障碍,因此有必要对无人直升机的自主飞行控制做进一步的研究。本论文主要是开展基于模型的飞行控制方法的研究,对控制器的设计提供理论依据和仿真平台,使更多的控制算法在工程实践之前得到理论的验证,提高了控制器的设计效率并降低了实验中的危险系数。论文解决了以下几方面的问题:从直升机的结构和空气动力学的角度出发,以第一性建模方法确定了直升机在悬停模态下的微分方程,并通过小扰动线性化得到了状态空间模型;利用相干分析法的频域辨识技术确定模型中的未知参数;设计了基于PID+FUZZY的定点悬停控制算法,并在MATLAB/SIMULINK环境下对模型进行了仿真验证;将控制算法移植到真实的飞行平台上进行实物飞行。除此之外,本文还开发了基于OpenGL的三维可视化仿真系统,将直升机的3D模型导入到系统中,通过无线数传通信实现了在本地飞行状态的可视化。