单旋翼无人机因其螺旋桨中置而具有噪声较小、安全节能、结构紧凑等优点,在隐蔽侦察、单兵装备、集群协作等领域具有良好的应用前景。但因其在机型构型和机电系统方面尚无统一经典参考设计,故每款单旋翼无人机都有其独特的数学模型和控制方法。本论文提出一种新型的单旋翼无人机构型,并对其进行数学建模和运动控制方法研究。本论文主要研究内容如下:首先,提出了一款具有高安全性的单旋翼无人机,其具有中空圆柱构型、动力系统中置、质量分布均匀、无起落架等特点。本单旋翼无人机电气系统和机械系统采用轴线对称模式布局,置于夹层中且无旋转部件外露;机身内部包含了矢量动力系统,该方案极大地降低了整体重心和噪音污染;控制舵叶采用平行三层结构,其受力面得到增加,机身具有更灵敏的空中转向能力。其次,对该款单旋翼无人机数学建模,并搭建仿真平台。基于新型单旋翼无人机架构设计,对其进行运动学、动力学分析,建立单旋翼无人机动力学系统模型。设计一组级联P-PI控制器用于单旋翼无人机的姿态控制,通过仿真验证其控制器的可行性和有效性。然后,设计一款矢量动力单元控制特性辅助测试工装,获取动力单元关键参数。采用系统集成的方法构建了一款矢量动力单元控制特性辅助测试工装的硬件部分,采用Lab VIEW图形化编程语言设计测试工装的软件部分,实现单旋翼无人机动力系统的量化检测。结合CATIA软件中单旋翼无人机相关参数设计,得到新型单旋翼无人机系统关键参数。最后,搭建微型单旋翼无人机实物平台,验证该款单旋翼无人机的可行性和运动控制方法的有效性。