无人直升机由于其独特的飞行能力能够完成载人飞机和固定翼无人机无法完成的任务,成为了现代战争的重要组成部分,本文以航模直升机为基础,研究了无人直升机建模及控制系统设计。无人直升机模型具有非线性、强耦合、非定常、多输入多输出等特点,模型复杂度高。本文通过分析地面坐标系和机体坐标系之间的关系建立了无人直升机刚体方程组,通过研究旋翼的运动方式建立了旋翼挥舞角运动方程组,通过分析机体各部分(旋翼、尾桨、气动阻力、机身、尾翼)的受力,建立了力和力矩平衡方程组。最终建立了完整的无人直升机的非线性模型,并根据小扰动原理和泰勒定理对非线性模型进行线性化得到无人直升机的线性模型。建立的无人直升机模型中有部分参数未知,需要辨识得到,本文研究了基于数据和最小二乘法的参数辨识方法。首先设计了姿态数据采集系统,主要包括数字信号处理芯片、惯性测量单元、无线传输、GPS、数字罗盘的硬件设计和软件调试,获得手动飞行下的输入输出数据。然后分别研究了基于最小二乘法的无人直升机线性模型和非线性模型的辨识方法,并比较了两种方法的辨识结果。辨识得到模型各参数值后,论文研究了悬停状态下的姿态控制系统。分别设计了LQG控制器和基于卡尔曼滤波的H∞控制器,其中：LQG控制器是LQR和卡尔曼滤波器的结合,能有效处理系统的动态问题并实现高斯噪声的滤波；H∞控制器减小了建模误差和不可测扰动等不确定因素对控制性能的影响。最后通过仿真实验,验证了上述控制器的控制性能。