无人直升机能够完成悬停、垂直起飞降落、侧向飞行、倒立飞行等动作,灵活地在恶劣环境中进出,在民、商、军等领域均有广泛应用。无人直升机是一个典型的多输入多输出、强耦合、欠驱动、非线性系统,且由于推力产生的复杂空气动力学性质,还存在很大的参数和模型不确定性。此外,实际飞行时系统还易受外部干扰影响。因此研究高性能的飞行控制方法极具挑战性和探索价值。本文就无人直升机抗干扰姿态和高度跟踪控制算法展开研究,设计了以下几种控制方案。一方面,在建立了姿态和高度模型的基础上,考虑到周期性谐波干扰的影响,设计了一种谐波干扰观测器技术和反步控制技术相结合的复合控制器。首先,设计谐波干扰观测器估计系统每个通道的未知干扰,利用Routh-Hurwitz定理证明干扰观测误差系统具有指数收敛性。然后基于干扰估计项和反步控制技术,设计复合反步控制器,采用Lyapunov稳定定理严格证明闭环控制系统的渐近稳定性。MATLAB数值仿真表明,在所提出的控制器作用下,姿态和高度跟踪误差是收敛的。相比于基于反步法与积分技术的反馈控制器,本文所设计复合控制器下的闭环直升机系统具有更强的抗干扰性能和鲁棒性。另一方面,基于动态面控制技术,设计了一种复合非线性干扰观测器技术与动态面控制技术相结合的前馈反馈复合控制器。动态面控制技术有效解决反步法中虚拟控制器的重复求导而导致的复杂计算问题。非线性干扰观测器能够精确估计多类干扰,包括斜坡、抛物线、多项式干扰等。理论证明了干扰观测误差系统的渐近稳定性。利用Lyapunov稳定定理证明了闭环系统的一致最终有界性。数值仿真中考虑了直升机实际飞行时参数摄动的影响。作为对比,仿真还展示了无干扰补偿的基准动态面反馈控制器和基于反步法与积分技术的反馈控制器的控制效果。仿真结果表明,即使存在参数不确定和外部干扰时,本文所设计复合动态面控制器下的闭环直升机系统依然维持良好的跟踪性能,其动、稳态性能均强于另两种控制器。