本文以无人直升机为研究对象,对单机动力学模型、多机编队模型以及编队控制器进行了研究。目的是为了应用“长机-僚机”编队形式建立编队的相对动力学模型,并基于此模型设计出一个能够保证编队飞行稳定及安全的编队控制器,为后续无人直升机编队飞行的实现打下理论基础。主要研究工作分为以下三个方面:1.建立无人直升机模型。首先分析无人直升机的机体结构框架,然后计算其各结构的力与力矩,再将这些力与力矩合成,以此得出无人直升机的非线性模型。在保证仿真与实际飞行所涉及的控制和结构参数完全一致的情况下,分别以“亚拓”700与“雷虎”90型无人直升机为平台对模型进行仿真和实际飞行试验,将得到的姿态角数据进行对比,以此验证模型的准确性。最后采用小扰动法对无人直升机非线性模型进行线性化,得到线性状态空间模型。为之后编队建模及其控制器设计打下基础。2.建立多无人直升机相对动力学模型。根据机器人学中旋转齐次坐标变换与姿态运动学中的相关理论,分析得到编队中“长机-僚机”之间的位姿关系,对位姿关系式进行微分变换,再结合牛顿-欧拉方程得到包含相对平动动力学和相对转动运动学的相对动力学方程。最后将单机模型和相对动力学方程结合便构成了多机相对动力学模型。本文在研究建立两机相对动力学模型的基础上建立三机编队相对动力学模型。经过对两机编队模型和三机编队模型的仿真分析,从中总结出多机建模的有关规律。为以后的三机以上编队建模提供了参考。3.多无人直升机编队飞行控制器设计。以两机相对动力学模型为研究对象,进行解耦变换,先对Y通道和Z通道进行鲁棒H_∞控制器的设计,然后再整合到一起对X通道设计控制器。采用“雷虎”90型无人直升机为平台,将其结构参数与飞行数据代入模型,最后通过MATLAB仿真验证了控制器的有效性。