三自由度直升机实验装置因为其典型的多入多出、非线性、强耦合特点，近年来成为控制理论教学与科研的重要辅助工具。由于三自由度直升飞机装置具有输入输出约束限制，预测控制是较好的控制算法。本文在分析了固高三自由度直升机系统的动力学模型的基础上，针对其采用该线性化模型在重力方向上存在误差，从而造成预测控制算法的静差这一问题进行研究。本论文主要完成以下工作：1)根据该三自由度直升机模型特点及无静差预测控制方法，设计了基于前馈的无静差预测控制器。并在Matlab/Simulink上搭建仿真平台验证了该控制算法的有效性，能够跟踪参考轨迹且稳态无静差，同时具有良好的鲁棒性。2)由于预测控制器需要求解二次规划问题，本文根据Wolfe单纯形法，对该算法中的互补松弛条件进行了改进处理，用benchmark进行了测试，并与MATLAB计算效果进行了比较。3)因为动力学方程模型与实际对象有偏差，影响控制精度和效果，本文重新辨识了模型参数。在此基础上，针对实物系统实现了无约束预测控制器和有约束预测控制器，分别进行了单轴跟踪和双轴跟踪实验，取得了良好的控制效果。