微小型飞行器广泛应用于1000米以下大气边界层区域的救援、搜救及侦察任务。由于复杂地形地貌及气象环境的影响,这一区域的湍流、阵风等不稳定流场严重威胁着微小型飞行器的飞行安全及飞行稳定。通过对微小型飞行器的姿态扰动抑制研究能够增强城区、高原等复杂地形及复杂气象环境条件下微小型飞行器的飞行稳定及飞行安全,这对微小型飞行器实现全天候飞行作业具有重要的理论价值及现实意义。长期以来,大气边界层不稳定流场中微小型飞行器的姿态扰动抑制方法研究是微小型飞行器研究的热点及难点。本文针对当前微小型飞行器姿态扰动抑制研究存在的问题及不足,以微小型共轴直升机为具体的研究对象,研究了平衡锤的姿态扰动抑制特性,针对其不足,探索了微小型共轴直升机的主动姿态扰动抑制方法,提出了仿生的惯性反应轮及风阻反应轮姿态扰动抑制方法以及无平衡锤、无方向盘的仿生反应轮微小型共轴直升机方案,仿生反应轮姿态扰动抑制LADRC及PID控制表明:所提出的仿生反应轮姿态扰动抑制方法能够有效抑制多种典型姿态扰动。此外,仿生反应轮还能够快速响应机体的姿态控制指令,实现微小型共轴直升机的飞行方向控制。上述研究为微小型飞行器的全天候飞行作业进行了有益探索。本文的主要工作包括:首先,进行了微小型共轴直升机平衡锤姿态扰动抑制研究。针对微小型共轴直升机的平衡锤扰动抑制特性,研究了悬停条件下MuFly微小型共轴直升机的脉冲姿态扰动、阶跃姿态扰动、正弦姿态扰动、高斯姿态扰动及扫频姿态扰动抑制性能。SIMULINK仿真表明:1)平衡锤被动姿态扰动抑制方法能够完全抑制脉冲姿态扰动及阶跃姿态扰动;2)平衡锤被动姿态扰动抑制方法无法抑制作用于机体上的正弦姿态扰动、高斯姿态扰动及扫频姿态扰动。其次,根据平衡锤姿态扰动抑制的不足,进行了主动姿态扰动抑制方法研究。分析了烟草天蛾的主动姿态扰动抑制方法,提出了电磁驱动摆、惯性反应轮及风阻反应轮的仿生主动扰动抑制应用方法。试验研究表明:电磁驱动摆的响应频率可到7Hz,但质量及体积非常大,与微小型飞行器的质量极不匹配;惯性反应轮的响应频率可达到10Hz,其质量小且不会增加微小型飞行器的动力学建模复杂度,但由于电机转速会饱和,不能持续输出反作用力矩;风阻反应轮的响应频率可达到10Hz以上,其质量小,不会增加微小型飞行器的动力学建模复杂度,且不易饱和,应用前景非常广阔。最后,从微小型共轴直升机这一具体研究对象的扰动抑制应用出发,提出了无平衡锤、无方向盘的仿生反应轮微小型共轴直升机结构,并进行了仿生反应轮的姿态扰动抑制及姿态跟踪控制研究。本文根据拉格朗日动力学建模方法推导了仿生反应轮微小型共轴直升机的非线性动力学模型及小扰动线性化模型。对比仿真表明:在0.3rad的小角度下,线性化模型能够较高精度的替代非线性模型。此外,研究了典型的脉冲姿态扰动、阶跃脉冲姿态扰动、正弦脉冲姿态扰动、高斯脉冲姿态扰动及扫频姿态扰动作用下仿生反应轮微小型共轴直升机的线性主动扰动抑制控制(LinearActiveDisturbanceRejectControl,LADRC)及PID扰动抑制性能。SIMULINK仿真研究表明:1)仿生反应轮能够有效抑制作用于微小型共轴直升机机体上多种典型的未知姿态扰动;2)与PID相比,LADRC具有更好的姿态扰动性能;3)在扰动作用下的姿态跟随方面,LADRC具有响应速度快、无过冲的特点。