无人直升机吊挂系统可运输较大体积和质量的货物，在军用和民用领域都有着广泛应用。但在无人直升机运输飞行过程中吊挂负载的振荡是不可避免的，这很可能会威胁到无人直升机的飞行安全。因此本文基于吊索为刚体的假设，研究了无人直升机刚体吊挂系统非线性动力学模型的建立、基于系统能量分析的自适应鲁棒减摆控制、基于无人直升机运动规划的自适应鲁棒减摆控制、基于滑模反步法的自适应鲁棒减摆控制和基于干扰观测器的鲁棒减摆控制。论文的主要内容有如下几个方面：
　　首先，建立了两种无人直升机吊挂系统的非线性动力学模型。根据牛顿第二定律，建立无人直升机吊挂系统的纵向非线性模型；根据无人直升机的动力学方程得到无人直升机动力学模型，再根据吊挂点的力矩平衡方程，得到吊挂子系统的动力学模型，并计算吊挂负载作用于无人直升机的力与力矩，建立无人直升机与吊挂负载间的联系。
　　然后，针对无人直升机飞行过程中吊挂负载的振荡问题，提出了基于无人直升机吊挂纵向系统能量分析的非线性鲁棒减摆控制方法，并针对系统的不确定参数设计自适应律对其进行估计。提出的控制方法可以在无人直升机精准定位的同时抑制吊挂负载的振荡。利用Lyapunov稳定性分析方法和Lasalle不变原理证明了闭环系统的稳定性，并通过仿真验证此控制方法的有效性和合理性。
　　其次，针对无人直升机在运输飞行过程中的吊挂负载振荡问题，提出了基于运动规划的鲁棒减摆控制方法。针对无人直升机吊挂系统纵向模型，设计一条无人直升机的运动轨迹，此轨迹可在运输飞行过程中削弱吊挂负载的振荡。基于能量整形(Energy Shaping, ES)的方法设计无人直升机的鲁棒跟踪控制器，并设计自适应律对系统中的不确定参数进行估计。提出的控制方案可以在无人直升机按照轨迹完成运输任务的同时抑制吊挂负载的振荡。通过 Lyapunov 方法和Barbalat引理证明了闭环系统的稳定性，仿真表明此跟踪控制器具有良好的跟踪能力，也验证了这种基于运动规划(Motion Planning, MP)的控制方法在吊挂负载减摆方面的良好性能。
　　接着，针对无人直升机吊挂全状态系统的减摆控制问题，提出了滑模反步自适应鲁棒减摆控制方法。通过滑模反步法(Sliding Mode Backstepping, SMB)解算出使得吊挂负载摆角稳定的无人直升机飞行速度，设计滑模反步跟踪控制器对无人直升机的速度和姿态进行跟踪控制，使吊挂负载的摆角稳定在平衡位置。设计自适应律对系统未知干扰和系统不确定参数进行估计。运用Lyapunov方法证明了闭环控制系统的稳定性。并通过与传统反步法的仿真对比，表明所设计的滑模反步控制方法具有对系统参数不敏感的特性，鲁棒性更强。
　　最后，针对考虑外部未知干扰的无人直升机吊挂全状态系统的抗扰减摆问题，提出了基于干扰观测器的减摆控制(Disturbance Observer Based Unti-swing Control, DOBUC)方法。运用干扰观测器(Disturbance Observer, DO)估计外部未知干扰，消除其对闭环控制系统的稳定性影响。采用线性滤波降阶(Linear Filtering Reduction, LFR)的方法对吊挂子系统进行跟踪控制，采用反步法对无人直升机的姿态子系统进行跟踪控制。运用 Lyapunov 方法证明了闭环控制系统的稳定性。并通过仿真分析对以上提出的一系列控制方法进行了有效性验证。