直升机目前越来越多的应用于军队以及民生领域,同时也伴随着大众专家学者等对于相关的飞行器控制理论方面更加深入的学习研究。但是大型的直升机在研究中也存在着成本场地要求高、实验消耗大等缺点,目前人们更愿意使用更为便捷的简化模型进行仿真实验。在直升机的仿真模型中较为常用的就是三自由度直升机,他的特点为多输入多输出、耦合性强、非线性等。在飞行器控制算法的仿真与实物实验中该模型的表现较为稳定。本文实验对象为深圳固高科技有限公司自主研发产品GHP2002型三自由度直升机模型。主要研究了直升机姿态控制的算法及实施情况的比较,对于两种算法下控制直升机姿态的控制效果进行比较分析。具体工作如下:首先,对于三自由度直升机的组成结构以及工作原理进行一个较为详细的介绍,通过刚体动力学的相关知识,进行传递函数模型的建立,直升机三个自由度的控制系统,分别推导出其状态方程和输出方程。其次,介绍线性最优二次型控制方法设计的基本原理,针对三自由度系统设计了双通道LQR控制加偏航角PID控制方法,在实物直升机上进行姿态控制仿真实验的验证,方便与时变高增益方法进行比较。最后,针对三自由度直升机系统设计了时变高增益有限时间控制器并给出了设计步骤。将该控制器应用于直升机仿真系统进行数值仿真验证,调试出合适参数进行实物实验,并应用与三自由度直升机,验证了算法的稳定性与收敛性,与传统方法比较得出算法的优越性。