垂直起降固定翼无人机融合了传统固定翼无人机和旋翼无人机的优点。它具有旋翼机垂直起降、悬停和低速巡航的特点同时兼具固定翼无人机高速巡航、大航程的特点,这使得垂直起降固定翼无人机可以部署在地理条件复杂、任务要求较高的的场合。垂直起降固定翼无人机的独特功能吸引了国内外机构和学者的广泛关注和研究。本文主要研究了垂直起降固定翼无人机的飞行控制器的设计。垂直起降固定翼无人机详细分为起飞、爬升、平飞、下降、反拉悬停、倒立下滑、悬停与软着陆七个飞行状态。可将上述七个飞行状态概括为水平飞行模式、垂直飞行模式和过渡飞行模式三种。限于篇幅,本文将无人机垂直起降阶段的控制器设计作为主要研究内容。本文做了下述工作。首先,建立无人机数学模型,并针对无人机垂直飞行状态下欧拉角奇异引入了垂直飞行地面坐标系和水平飞行地面坐标系。同时,引入全姿态解算的四元数方法来解决欧拉角奇异的问题。分析了无人机力和力矩的生成机制,进而利用牛顿定理和动量矩定理推导出无人机的六自由度非线性数学模型。然后,为便于飞行控制系统的设计,在倒立下滑阶段合理假设,简化了无人机的数学模型。在工作点附近对非线性模型进行小扰动线性化处理,使得无人机数学模型解耦线性化。在悬停软着陆阶段,利用四元数方程解算姿态,同样采取线性解耦的方法,使得姿态和速度、高度的解耦。垂直起降阶段,无人机相当于不稳定的倒立摆,非线性化严重,本文采用反馈线性化的方法设计了悬停软着陆阶段的姿态控制律。分别对设计的控制器进行了仿真,验证了控制系统的性能。最后,总结了本文所做的主要工作,根据现有工作成果的基础之上指出不足之处,对接下来的工作提出合理的要求。