无人机自动飞行控制系统是无人机的核心部分，无人机各项性能在很大程度上都取决于其飞行控制系统的设计。因此，研究无人机的自动飞行控制技术具有十分重要的现实意义。本文的研究对象为基于常规气动布局的无人机，首先建立了无人机动力学方程组以及通过坐标变换关系得出的运动学方程组，从而推导出无人机的六自由度、非线性数学模型；结合Aerosim仿真工具箱，建立了无人机的Simulink仿真模型，包括力方程组、运动方程组、力矩方程组和导航方程组模型。在此基础上，从工程应用的角度出发，分析了常规PID控制在无人机上的应用，并且以俯仰角为输入量进行了研究，仿真结果表明响应时间长，超调量大，并且针对不同飞行状态必须设置相应的PID参数，该过程繁琐。针对上述研究结果，在参照了动态逆控制在有人机上成功应用的基础上，将动态逆控制应用于无人机的控制律设计，根据奇异摄动理论按状态变量变化的快慢，分别设计了无人机的内环快变量控制器／外环慢变量控制器。结合aerosonde无人机的气动参数进行了仿真研究，结果表明所设计的控制律可取得较为满意的结果，但该设计方法要求无人机必须精确建模，且鲁棒性较差。为了提高控制性能，结合PID鲁棒控制和非线性动态逆控制，提出了一种新型的内／外环控制器设计的方法，该方法较好的解决了上述两种控制方法的不足，仿真结果表明设计的控制律满足飞行控制品质的要求。最后基于Matlab的VR工具箱，运用VRML构造器，搭建了无人机的虚拟现实飞行仿真系统；将计算机三维动画技术应用于实验领域，创建出一个交互式可视化的三维环境来实现无人机姿态仿真。