由于三自由度直升机系统存在强烈的非线性特性,并且具有模型摄动和外界干扰等产生的不确定性等特性,是典型的多输入多输出系统,所以设计精准有效的控制器就变得十分困难。为了简单化控制器的设计,在一定条件下,将三自由度直升机的非线性模型进行近似线性化,基于线性二次型最优调节器（LQR）的设计原理设计出了LQR控制器。虽然LQR控制实现了对线性系统的最优控制,使线性系统达到最优的动态性能,但是由于三自由度直升机系统具有模型摄动和外界干扰等不确定性,单纯使用LQR控制很难对其进行有效控制。所以在LQR控制的基础上,应用H_∞鲁棒控制理论设计出混合H₂/H_∞鲁棒控制器。由于鲁棒H_∞控制可以有效处理系统的不确定性问题,使系统具有鲁棒稳定性。所以使用混合H₂/H_∞设计的控制器,可以使得整个直升机系统既可以得到优良的系统性能,又可以使系统保持一定的鲁棒稳定性。当直升机模型处于不同的飞行状态时,其对于系统性能和鲁棒稳定性的侧重度要求是不尽相同的。比如,当直升机模型上升状态时,需要较好的系统性能,能够快速跟踪给定信号,有较小的超调量;而当直升机模型平稳飞行时,则需要较好的鲁棒稳定性。所以在混合H₂/H_∞鲁棒控制的基础上,根据高度角的不同建立模型集,并根据直升机飞行状态的不同,选择不同的H_∞性能指标设计子控制器,然后采用加权的方式整合为全局控制器,这样便设计出基于H₂/H_∞的多模型加权控制器。MATLAB仿真和半实物实时仿真实验证明了该方法的有效性。针对多模型加权控制在理论上分析较困难的缺点,基于H_∞鲁棒控制理论和H₂鲁棒控制理论及切换系统相关理论,提出了一种鲁棒保性能多模型切换控制方法。多模型切换控制最大的设计难点是抑制切换点的抖动,保证切换过程的平滑性。而本文提出的鲁棒保性能切换控制器,将H_∞鲁棒控制理论应用到每个子模型中和子模型切换过程中,不仅使系统具有较强的鲁棒性,还有效解决了系统里子模型之间进行平滑切换的问题。并且将H₂控制理论应用于该直升机切换系统,使得该直升机系统保证了较好的系统性能。最后进行了MATLAB仿真,结果证明了所提出方法达到了理论上的预期目标。