传统固定翼无人机受起降设施限制,旋翼无人机续航时间短,尾坐式无人机融合了两者的优势,既能进行垂直起降,又能拥有水平巡航能力,具有较长的续航时间。尾坐式无人机在国内外已受到广泛关注,在军用和民用领域都有很高的研究价值。尾坐式飞行器飞行过程中具有三种典型的飞行状态:垂向飞行状态、过渡转换飞行状态和水平巡航飞行状态。本文开展了尾坐式飞行器在不同飞行状态条件下的数学模型搭建和控制器设计相关研究。由于尾坐式飞行器控制的难点在于特殊的飞行模式和过渡过程,水平巡航模式与固定翼飞行器相同,因此本文主要针对前两种飞行模式进行研究。首先对尾坐式飞行器的构型和原理进行分析,建立了基于垂向欧拉角和水平欧拉角的尾坐式飞行器数学模型,避免了在垂向飞行模式下水平欧拉角的奇异性;将垂向飞行模式下的数学模型进行解耦化简,设计高度和姿态PID控制器,并进行仿真验证。其次,对尾坐式飞行器过渡转换飞行状态建立了以航迹角为调度参数的LPV模型。使用基于增益调度的方法,在过渡转换过程中选取一组工作点作为增益调度切换工作点,在每个工作点上分别使用LQR和混合灵敏度方法设计局部控制器,将这些局部工作点以航迹角作为调度参数建立增益调度控制器并进行平垂、垂平过渡仿真,验证控制器的性能。最后,针对传统增益调度控制器设计方法中工作点选取主观性较强,无法保证系统的全局稳定,控制器设计需要大量实验验证的缺点,基于保护映射理论设计了H_∞速度和航迹角跟踪控制器,并对基于保护映射理论设计的控制器进行仿真验证,结果表明所设计的控制器在过渡过程的整个状态下都有良好的控制效果。与传统的增益调度方法相比较,基于保护映射理论进行控制器设计能够保证过渡过程的全局稳定性,且可以自动获取控制器参数和调度范围,降低工作量。