近年来,随着无人直升机的广泛应用和发展,关于无人直升机飞行控制问题的研究受到越来越多的学者和研究机构的广泛关注。一方面,无人直升机具有强非线性、强不确定和强耦合特性,给飞行控制系统设计带来很大的挑战;另一方面,由于任务复杂以及环境多变,给无人直升机飞行安全控制提出新的要求。本文主要针对无人直升机非线性系统的鲁棒自适应抗扰飞行控制问题开展研究,主要研究工作如下:首先,本文以无人直升机为研究对象,构造了非线性飞行动力学模型。主要利用叶素理论为无人直升机建立旋翼气动模型,并且还计算了尾桨、机身、平尾、垂尾处的气动力和气动力矩。同时为便于理论分析,充分考虑了阵风、紊流等气流干扰在无人直升机飞行过程中的影响。构建的非线性动力学模型为无人直升机鲁棒自适应抗扰飞行控制律设计打下基础。其次,为满足无人直升机大飞行包线的飞行任务要求,基于无人直升机非线性动力学模型,利用小扰动线性化方法构造多模态切换下的无人直升机线性系统模型。为克服气动参数不确定的影响,采用区域极点配置方法并结合切换系统稳定性分析方法,为无人直升机设计了多模态切换条件下带有区域极点配置的鲁棒控制律,实现了大包线范围内无人直升机多模态条件下的稳定飞行。接着,考虑到无人直升机旋翼工作环境较为复杂,尤其是在执行贴地飞行任务过程中主旋翼受到涡流影响更为明显。为解决由于涡流带来的建模迟滞问题,本文提出了一类带有状态迟滞问题的无人直升机姿态控制设计方法。该方法引入Lyapunov-Krasovskii理论,并结合神经网络以及预设性能控制方法,完成了存在未建模动态和输出约束条件下无人直升机的鲁棒自适应控制器设计,实现了迟滞干扰条件下带有输出约束的姿态跟踪控制。仿真结果验证了所设计的姿态跟踪控制方法的有效性。然后,为提升无人直升机快速响应能力以及姿态跟踪控制精度,本文提出一类基于预设性能约束的有限时间鲁棒跟踪控制律设计方法。该方法利用有限时间Lyapunuov稳定性理论设计了一类有限时间鲁棒跟踪控制律,从而提高了无人直升机姿态跟踪响应速度。为提升姿态跟踪控制精度,引入预设性能函数控制方法,进一步改善了闭环系统的瞬态性能。仿真结果表明,设计完成的鲁棒自适应控制律不但可以保证姿态跟踪系统有限时间内保证稳定,而且还可以保证跟踪误差始终限制在预设性能边界范围内。再者,由于受到结构和材料的限制,无人直升机主旋翼的挥舞运动产生的挥舞角会约束在固定区间内。针对无人直升机旋翼挥舞运动受限问题,提出一种基于状态约束条件的鲁棒自适应控制律设计方法。通过综合使用双曲正切函数和Barrier-Lyapunuov函数,有效解决系统状态约束控制问题;利用干扰观测器对外部干扰进行估计,借助RBF神经网络实现未建模动态逼近。干扰观测器与神经网络耦合设计,既减少外部扰动带来的影响,又在一定程度上减小神经网络逼近误差的影响,从而实现了无人直升机存在挥舞运动受限条件下的鲁棒自适应高度姿态跟踪控制。仿真结果验证了在设计的控制器作用下,系统具有良好的跟踪性能。最后,由于无人直升机执行机构存在物理限制,以致控制输入信号存在饱和约束,这样一类约束问题会直接影响系统控制性能,甚至会破坏闭环系统的稳定性。因此,综合考虑非线性控制系统中存在执行机构饱和约束以及输出位置有界条件,利用多回路设计提出一种基于输入输出受限条件的轨迹跟踪控制律设计方法。在速度控制回路和姿态角速率控制回路引入干扰观测器和神经网络逼近器,并通过干扰观测器与神经网络耦合设计提高跟踪控制精度。利用预设性能函数将位置跟踪误差限制在输出性能边界范围内,通过鲁棒自适应控制律设计实现无人直升机输入输出约束条件下轨迹跟踪控制。通过仿真分析,验证了所设计控制器作用下,无人直升机轨迹跟踪控制系统满足控制要求。