微小型无人直升机由于其独特的飞行特性和广阔的应用背景，成为无人飞行器领域的研究热点。本文以模型直升机为研究对象，以自动悬停为控制目标，为其设计了一套功能完备的飞行控制系统软硬件，将其改造成具有自动控制功能的微小型无人直升机，具体研究内容如下：首先，使用机理建模和辨识建模相结合的方法建立了模型直升机自动悬停状态下的模型。通过动力学分析建立模型直升机的数学模型，得到去耦简化的线性状态方程；在此基础上，开展扫频实验，运用基于偏相干分析的频域辨识方法得到其俯仰通道和横滚通道的传递函数，并通过交叉验证的手段确定了所建模型的可靠性和适应性。其次，设计并完成了模型直升机自动飞行控制系统的软硬件。从任务需求和功能实现的角度出发，制定了飞控系统总体设计方案，包括飞行控制计算机、传感器系统、执行机构、无线通信链路、地面监控站几部分，其中飞行控制计算机采用DSP+FPGA的双核架构，以实现任务的合理分配和管理。在此基础上，完成了飞控板的硬件制作，设计了各微控制器的软件结构并完成了开环软件编写。接着，提出了一种基于经典控制理论的自动飞行控制律设计。建立了包括姿态保持回路、高度保持回路、速度保持回路等在内的串级多回路PID控制律设计方案，并针对建模得到的单通道传递函数模型，设计了连续系统下的控制律，进一步将其离散化处理，便于运用到实际飞控系统中去。最后，整合模型直升机飞行控制系统的软硬件，开展了实际试飞实验。通过地面静态实验验证了本文设计的飞控系统的功能完备性，并进行了场地飞行实验，通过不断调节PID参数确定准确的自动飞行控制律。测试表明，本文设计的飞控系统软硬件正确可行，加装该飞控系统的模型直升机能很好地实现自动悬停功能。