现在大多数行业应用无人机集中在任务载荷为10kg以内、起飞重量60kg以内的机型上,无法满足大幅面地理测绘、水文勘测、海洋勘测、石油与矿物探测等领域对飞行平台任务载荷在20～200公斤以内的要求。但直接从头开始研发一架该级别的无人机,涉及飞机总体设计、气动设计、结构设计、强度设计和控制系统设计等各方面内容,且需通过民航局的适航审定,研发周期长、研发成本高、效益过低。而将一款已通过了适航审定的轻型运动飞机改造为无人机,则能在满足任务载荷要求的同时,大幅降低研发周期和研发成本,不仅具备显著的经济效益,也具备一定的学术研究价值。本次研究便是从上述思路出发,以为一款轻型运动飞机设计一套自动驾驶系统,将其改造为小型无人机作为最终目标。而本论文则研究其中的核心内容,即自动驾驶系统中控制器的设计。首先,论文研究分析了无人机本体的技术特点,详细了解了飞机本体的技术参数,并根据这些参数计算了飞机的动力学模型需要的气动导数,完成了飞机的纵向和横航向动力学建模。同时,根据相关标准并结合飞机飞行品质要求制定了本次纵向和横航向控制系统的设计指标。然后,基于飞机纵向运动和横航向运动的动力学模型,分别设计了纵向运动和横航向运动的控制系统,其中纵向运动控制系统的设计包含了俯仰角控制系统、高度控制系统和速度控制系统的设计,横航向控制系统包括了滚转角控制系统和航向角控制系统的设计。控制器主要采用PID控制,设计主要使用了Simulink平台,设计基本涵盖了飞机定常水平飞行所需要的控制内容。最后,通过对设计的控制器在Simulink平台下进行仿真试验,并将仿真结果与设计指标进行了对比,验证了控制器性能能够满足设计指标。