小型无人直升机有着垂直起降、悬停、巡航以及快速转变航向等特性，使得它成为一种理想的无人飞行器。随着微电子技术和控制技术的不断发展，小型无人直升机在诸如现场监控、搜寻和营救、海洋/环境监测以及航空摄影等诸多领域得到了广泛的应用，对小型无人直升机的研究也越来越受到世界各国众多研究机构的重视。　　 小型无人直升机是一个极具挑战性的多学科交叉的前沿性研究课题。本论文的主要研究内容是对小型无人直升机的非线性动力学数学模型进行建模及对其进行飞行控制系统的设计，使得小型无人直升机真正成为名副其实的具有自主飞行能力的“飞行机器人”。　　 小型无人直升机非线性动力学数学模型是整个课题研究的基础，其中涉及到很多直升机原理和飞行动力学原理。在对这些基本原理的分析基础之上，本文利用基于叶素原理的积分算法和基于动量理论的迭代算法，建立了包含17个状态变量的小型无人直升机非线性动力学数学模型。　　 基于所建立的小型无人直升机非线性动力学数学模型，利用四个阶跃控制输入的动态响应数值仿真以及将实际采集到的飞行数据与模型的实际输出进行对比来对模型进行验证。动态响应数值仿真结果很好的表征了小型无人直升机的飞行和空气动力特征。利用实测数据对所建模型验证主要是对小型无人直升机的垂向运动、横向运动、纵向运动和偏航运动分别进行。模型验证结果表明所建立的小型无人直升机非线性动力学数学模型具有一定的准确度和精度。　　 基于所建立的数学模型，本文尝试利用基于李雅普诺夫原理的Backstepping控制方法对小型无人直升机进行飞行控制系统设计。首先对小型无人直升机非线性动力学数学模型进行适当的化简，得到一个近似的非线性动力学数学模型，使其便于控制器设计。然后利用Backstepping方法设计小型无人直升机飞行控制系统。数值仿真结果表明所设计的飞行控制系统能够使小型无人直升机具有一定的姿态控制和轨迹跟踪等飞行能力，达到了设计要求。