无人机的机动能力在军事方面和民用方面尤为重要,随着执行任务的难度日益增加,对机动性的需求也越来越大,可靠的飞行控制系统是完成机动飞行任务的关键。机动飞行过程中存在飞机气动参数摄动大、非线性特性明显等问题。由于机动控制需要高带宽,所以本文采用机动指令加内环控制器的方法实现机动飞行,并设计了满足机动飞行的控制器、机动控制指令和自动驾驶仪。论文首先建立了无人机的六自由非线性模型,并对无人机本体特性,基本飞行性能和机动飞行性能进行分析。然后,给出飞行控制器的架构,飞行管理模块通过调用不同的控制模态,实现机动动作控制或其他常规任务的执行。基于时标分离原则,从内环到外环设计了不同各个控制模态。为了解决建模的不确定性和外部扰动问题,角速度控制采用L1自适应控制方法;为了实现角运动解耦,姿态角控制采用非线性动态逆方法;为了快速改变飞机轨迹,采用零极点对消的PI控制方法设计了加速度控制模态。其他控制模态采用PI控制方法。仿真结果表明,本文所设计的控制器能满足性能指标。对跃升/俯冲和横滚机动动作特性进行分析,并设计了机动动作指令,对机动指令以及飞行控制律进行仿真验证。仿真结果表明,在有界扰动和参数摄动的情况下,控制律仍然能够快速有效地跟踪机动指令。最后,给出自动驾驶仪的整体设计方案,并对主要的功能模块进行设计。自动驾驶仪经代码生成后,形成可移植到能在飞行控制计算机上运行的自动驾驶仪软件。采用在硬件在环仿真方式对下进无人机包含机动动作的全过程飞行仿真。结果表明:自动驾驶仪可有效地实现无人机常规飞行任务和机动飞行。