倾转旋翼无人机是一种独特的飞行器,兼有旋翼无人机和固定翼无人机的飞行优点,比如垂直起降能力、续航时间长、巡航速度高以及负载能力大等,因此,它在军事和民用领域都有广阔的应用前景。飞行控制系统是倾转旋翼无人机系统的核心部分,其性能的好坏直接影响着飞行器的飞行品质与飞行安全。本文在总结了国内外相关技术研究成果与研究现状的基础上,提出了一种新型的倾转旋翼无人机结构,并对其总体布局、系统建模、控制律设计、飞行仿真与试验等方面展开了研究,主要内容包括以下几个方面:首先,通过总结国内外相关的参考文献以及典型的倾转旋翼无人机的结构特点,提出了一种新型的倾转旋翼无人机构型方案,并介绍了其构型特点以及工作原理,给出了其结构和气动参数。第二,运用刚体动力学的相关知识对倾转旋翼无人机整机进行建模,并通过坐标转换,得到其机体坐标系下的六自由度非线性模型,并分别计算了无人机各子系统的力学模型。运用小扰动原理对非线性模型进行线性化处理,得到各飞行模式下的状态空间方程。最后,为获得模型参数,设计了旋翼升力系统的模型参数辨识试验以及机身/机翼气动参数辨识的计算流体力学（CFD）仿真试验,为后续飞行控制律的设计打下基础。第三,针对倾转旋翼无人机直升机模式,设计了基于鲁棒伺服线性二次型最优（LQR）控制与经典PID控制相结合的飞行控制律。仿真结果表明,与传统的串级PID控制方法相比,二者的上升时间基本一致,但基于鲁棒伺服LQR的控制系统响应更加平缓,超调量更小,且很大程度地抑制了系统响应初期因输入指令突变而导致飞行器瞬间产生较大角速率的现象,从而降低了对无人机机体可用过载的要求。第四,将状态观测器应用于倾转旋翼无人机飞控系统的设计当中,以此来估计无人机的飞行状态和外部扰动的实时作用量。以直升机模式滚转通道为例设计了基于扩张状态观测器的飞行控制律,通过对鲁棒伺服LQR控制器输出进行扰动补偿,得到被控对象最终的输入量。仿真结果表明,设计的扩张状态观测器能够很好的估计直升机模式中存在的随机气流扰动,将其引入到鲁棒伺服LQR控制中后,很好的抑制了干扰,提高了系统的抗扰动能力。并通过悬停试验验证了飞行控制系统的有效性。第五,针对倾转旋翼无人机固定翼模式和过渡模式在建模过程中参数存在不确定性以及易受环境干扰的特点,设计了基于H₂/H_∞的保性能最优状态反馈控制律,并且以线性矩阵不等式的形式,给出了飞行控制控制系统控制器设计存在的条件,并进行了被控系统的稳定性分析与证明。通过仿真试验表明,该方法对于含有不确定性的控制系统具有较好鲁棒性,而且能够有效抑制控制系统存在的外部干扰,提高了被控系统的动态性能和鲁棒性能。最后,针对倾转旋翼无人机过渡模式的高度保持和姿态跟踪控制设计了多模型自适应鲁棒混合控制律。针对过渡模式结构变化快和模型特性差异大的特点,将整个过渡过程分成多个工作空间,每个空间选择一个线性模型,并对每个线性模型设计对应的鲁棒控制器。针对控制器直接切换过程中存在的状态跳变以及不稳定的问题,提出了一种对控制器进行软化处理的策略。通过选择一个钟形函数对控制器进行自适应加权处理,从而实现了各控制器间的平滑切换。数值仿真结果表明,将多模型自适应与鲁棒控制相结合的控制策略不仅实现了倾转旋翼无人机过渡阶段的平稳飞行,同时确保了系统良好的跟踪能力和鲁棒性。