弹射折叠翼飞行机器人可实现巡航、侦查、打击功能一体,但是折叠方案会使其结构变得复杂,限制控制舵面效力。变形技术不仅能够改变飞行器的气动特性,适应复杂多变的任务环境,还能提高其控制效率和机动性。本文提出了一款新型弹射式变掠角串置翼飞行机器人,结合了变掠角技术和弹射折叠翼飞行机器人技术,具有4个掠角可变的机翼,不仅能够通过掠角变形替代升降舵和副翼控制飞行姿态,而且能够利用变形实现多任务飞行。本文主要从结构布局以及非定常气动特性、动力学建模、轨迹跟踪与姿态镇定、飞行模式切换稳定控制角度进行研究,并进行相关实验验证。变掠角串置翼飞行机器人采用串置翼布局,不仅能够提升载荷和控制效力,通过合理分配四个机翼掠角变形量还能够降低变形引起的横向和纵向运动耦合。设计了飞行机器人基本结构以及相应的弹射器,研究了两种用于提升机敏性的电机推进系统。针对不同垂直翼间距的机翼布局方案,利用CFD方法分析其气动特性优劣,选用了更合适的机翼布局。由于飞行机器人弹射展开过程会引起其周围流场剧烈变化,在Fluent中利用动网格方法研究了展开过程的非定常气动力变化规律,为后续飞行机器人控制设计和实验研究提供了依据。变掠角串置翼飞行机器人的大尺度和快速变形会引起惯性力、气动力、质心位置等参数变化,为了准确的描述其动力学模型,研究变形引起的动态特性变化,采用Kane方法,以机身作为主刚体,根据各子刚体之间的约束关系,建立变掠角串置翼飞行机器人的多刚体动力学模型。根据飞行机器人的对称和不对称变形规划解耦并简化了纵向和横向动力学模型,利用动态响应分析研究变形引起的附加力和力矩的变化规律及对飞行机器人运动参数的影响。对比变形控制方式与传统升降舵、副翼的控制效应,探讨了变形控制替代传统舵面控制方式的可行性。变掠角串置翼飞行机器人是一个复杂的强耦合非线性系统,考虑到系统的动态特性以及不确定性影响,提出将滑模面设计为间接稳定控制模式的滑模变结构控制方法,用来实现飞行机器人的轨迹跟踪与姿态镇定。对于纵向运动欠驱动系统,外环采用双曲正切函数、内环采用积分滑模函数设计控制律,并采用自适应方法对外界干扰进行补偿。对于横向运动欠驱动系统,利用模型解耦算法使系统一个控制输入只对应一个输出,基于Hurwitz矩阵稳定条件设计了航向滑模控制律。通过仿真验证了所设计滑模控制器在外界干扰作用下能够实现飞行机器人的轨迹跟踪与姿态镇定。针对变掠角串置翼飞行机器人模式切换过程中动力学模型显著变化问题,提出基于多胞型的增益调度控制器设计方法,通过实时改变控制系统增益来实现变形过程的全局稳定。采用Jacobian方法对纵向运动方程进行线性化,并选取合适的调度参数,将系统纵向运动模型转换为多胞型形式。基于系统多胞型模型采用二次仿射稳定理论设计了鲁棒增益调度控制器,在考虑输入饱和的前提下,利用LQR最优控制方法设计了多胞型顶点系统的状态反馈控制器。通过仿真验证了增益调度控制器的有效性以及在随机干扰作用下的鲁棒性。研制了弹射式变掠角串置翼飞行机器人样机以及弹力弹射器,并搭建实验平台进行相关实验。通过飞行机器人开环变形动态响应测实验证了建模和分析的准确性,通过姿态反馈测实检验姿态镇定控制器的效果;通过飞行机器人展开状态和折叠状态的弹射起飞测试,验证了弹射起飞功能;通过样机试飞实验,验证了对称和不对称变形控制飞行机器人俯仰和滚转姿态的可行性及控制方法的有效性。