无人机作为一种可远程控制的无人飞行器,可执行复杂且具有危险性的任务,在民用、军事等领域都发挥着重要作用。随着任务趋于多样化,对无人机的要求也更高。共轴倾转旋翼无人机同时具有垂直起降、空中悬停的能力和快速向前飞行的能力,其结构为前部左右两轴各安装了一对可前后倾转的共轴双旋翼,尾部安装了一个用来平衡俯仰力矩的单旋翼,复杂的结构也使得共轴倾转旋翼无人机的动力学建模、控制分配和运动控制变得复杂,本文就这些问题展开了研究,主要研究工作如下首先,根据共轴倾转旋翼无人机的三维模型,分析无人机在机体坐标系受到的力和力矩与执行机构输入之间关系,来推导出了控制分配矩阵。然后基于欧拉-拉格朗日方程方程建立无人机的非线性动力学模型,包含位置动力学模型和姿态动力学模型。然后,基于非线性动力学模型,设计反步法位置控制器和反步法姿态控制器来实现在无干扰情况下无人机的轨迹跟踪控制,在此基础上,考虑到在实际飞行中的阵风等外部干扰会影响飞行器的姿态稳定,设计反步法滑模控制来提高控制系统的鲁棒性,并引入自适应律来在线估计干扰量上限。仿真结果表明自适应反步滑模控制可以让无人机在受到有限干扰后姿态跟踪误差仍然收敛,具有较好的鲁棒性。接着,为了满足多样化的任务需求,基于共轴倾转旋翼非线性姿态动力学模型设计非线性H∞控制器实现有干扰情况下无人机的姿态跟踪,让干扰信号到所需状态信号的L2增益有界,输出对干扰信号不敏感,使得控制系统具有较好的鲁棒性,性能指标也可按照不同的需求调整。仿真结果表明非线性H∞控制器的有效性和鲁棒性。最后,详细介绍了共轴倾转旋翼无人机实验平台的结构,将经过仿真验证的反步法位置控制器和非线性H∞姿态控制器嵌入到实物飞行器中进行了地面台架实验和实际飞行实验,实验结果验证了控制器的有效性和较好的鲁棒性。