随着传感器、微电子以及通信等关键技术的发展，无人机得以诞生并获得长足发展。无人旋翼飞行器因其具有高度的灵活性和机动性，能够在受限或危险区域自主地完成各种飞行任务，如战场火力支援、侦察监控、高压线巡视以及科学考察等，而日渐受到军界和学术界的青睐。为模型直升机装备上必要的传感器、数据处理模块和无线通信设备等就可以搭建成一个无人旋翼空中应用平台。为了使模型直升机成为实验和应用的平台，使它具有自主悬停和前飞的能力就成为一个亟需要解决的问题。本文面向直升机的自主飞行控制，建立了模型直升机完整的非线性动力学模型，在此基础上，利用鲁棒参数化方法完成了模型直升机悬停和前飞控制系统的设计。首先，在主旋翼转速恒定、主旋翼桨叶刚性且无挥舞、以及直升机作低速飞行等前提下，系统全面地建立了模型直升机的非线性数学模型。为此，论文将整个模型直升机系统分解为机身子系统和力与力矩生成子系统。由于机身刚体的运动学和动力学模型比较简单，因此，本文主要考虑主旋翼系统以及它的执行器机构的动态特性。驱动主旋翼的执行器机构包括自动倾斜器和主旋翼下方的一对平衡翼。本文先给出了自动倾斜器作用在平衡翼和主旋翼上的周期伺服输入的表达式；接着详细讨论了平衡翼的挥舞运动，及其与主旋翼之间的相互耦合作用；最终得到了旋翼系统作用于机身上的力和力矩。为了简化平衡翼和主旋翼的非线性气动特性，我们引入了两个线性补偿因子，这两个因子可以通过辨识来确定。其次，注意到直升机模型的高度非线性和各通道的强耦合性以及欠驱动性，本文对直升机的非线性动力学模型作了必要的简化。通过合适地选取直升机悬停和前飞工作点，将直升机的非线性模型进行线性化。在此基础上，我们分析了悬停和前飞时模型直升机的平动运动和旋转运动的耦合特性。分析和仿真都表明，纵向平动与俯仰运动、侧向平动与滚转运动都具有高度的相互耦合性；而在近悬停飞行时，偏航运动与侧向运动的耦合性则可以忽略。因此，模型直升机的线性化模型分解为三个子系统：分别是滚转和俯仰耦合子系统、偏航子系统以及垂向平动子系统。最后，本文提出模型直升机悬停和前飞控制器的一种鲁棒参数化设计方法。为此，本文给出了利用鲁棒特征结构配置设计控制器的步骤，并在此基础上，设计了模型直升机的悬停和前飞控制器。分别对参数化控制器与LQR控制器进行了仿真，验证了控制系统的性能和对参数摄动的鲁棒性。