倾转旋翼飞行器利用旋翼倾转实现直升机飞行模式和飞机飞行模式之间的动态转换,改变了传统的直升机与飞机二类飞行器不能转换的设计思想,实现了单一飞行器既能空中悬停、低速前飞、后飞、侧飞,又能高速远距离飞行,融合了直升机和飞机的优点,展现出广阔的应用前景。旋翼倾转给飞行器带来诸多好处同时,不可避免地提高了设计技术难度,尤其是旋翼拉力矢量变化、旋翼/机翼间气动干扰使飞行器的飞行动力学问题更加复杂,给倾转旋翼飞行器的飞行控制系统设计带来了极大的挑战。本文针对倾转旋翼飞行器的飞行控制关键技术进行了深入研究,提出了一整套技术解决方案,解决了无人机倾转旋翼飞行器原型样机设计、模型特性分析、过渡模式操纵分配策略制定、飞行控制系统设计与仿真、机载航电系统设计与实现、飞行任务规划与试飞验证等技术难题,具体包括以下几方面:　　首先,根据研究需要,设计和制作了一架无人倾转旋翼飞行器原型样机,对该原型样机进行了功率需求分析和动力选型,确定了燃油发动机型号、结构配置,完成了原型样机短舱倾转结构、动力传动与分配、外形结构等设计,提出了单发动机动力驱动结构模式,实现了单发动机控制双倾转旋翼旋转,旋翼短舱通过涡轮蜗杆由电机驱动倾转。完成了旋翼、机翼、机身、短舱、平尾和垂尾等气动部件建模分析,建立了倾转旋翼飞行器非线性全量方程数学模型。分析了直升机飞行模式和飞机飞行模式小扰动线化模型的稳定导数、控制导数、稳定性和操纵性,提出了基于多目标非线性规划控制的倾转旋翼飞行器冗余操纵控制分配策略,有效解决了冗余操纵舵面与飞行器升力匹配、操纵控制时变性等问题,简化了过渡飞行模式下的操纵控制实现,便于飞行控制器统一设计,有效降低倾转旋翼飞行器飞行控制系统的设计难度,为飞行控制系统设计和验证提供了明确的被控对象。　　其次,应用非线性控制理论设计了倾转旋翼飞行器飞行控制系统。针对倾转旋翼飞行器飞行动力学模型的非线性,采用线化处理技术得到了飞行动力学线性模型和动态逆模型。提出了非线性系统动态逆模型神经网络补偿的自适应控制方法,导出了神经网络权系数在线更新算法,设计了误差动力学线性调节器,实现了倾转旋翼飞行器姿态内回路控制,提高了姿态控制的稳定性和跟踪性能。应用经典PID方法设计了外回路轨迹控制器,实现了轨迹稳定与跟踪控制。提出了倾转旋翼飞行器不同飞行模式下冗余操纵舵面余弦分配系数法,解决了不同飞行模式下飞行控制器的统一设计问题。规划了一个飞行仿真任务,对所设计的飞行控制系统进行了仿真验证,给出了仿真结果和结论。表明所设计的飞行控制算法具有对未建模特性和不确定性的补偿能力,飞行控制系统能有效实现姿态和轨迹的稳定和跟踪控制。　　然后,针对机载嵌入式飞行控制系统实现要求,提出了PC104和ARM双处理器硬件体系架构,解决了飞行控制系统中任务要求和系统资源之间的矛盾,确保了嵌入式飞行控制系统实时性要求。设计了低功耗轻质量低成本的机载航电系统,完成了传感器、执行器的选型/筛选、硬件电路设计、SINS/GPS组合导航系统软硬件设计、以及系统集成调试,满足了飞行控制系统对机载航电系统的要求。通过实际跑车和机载试验测试验证了机载航电设备部件和导航算法的正确性。完成了机载飞行控制计算机系统和航电系统的研制,构建了一套飞行控制系统半物理仿真试验平台,提出了集建模-分析-控制律-仿真-地面站-试验于一体的飞行控制系统集成化设计方法,用图形化程序设计方法实现了飞行控制系统软件快速编制、调试和修改,提高了编程效率,减少了编写代码失误风险。用 Simulink/RTW外部模式实现了飞行控制系统软件到飞控计算机的快速下载,确保飞行控制系统软件运行的实时性。应用快速原型技术实现了飞行控制系统快速调试和调整、完善。　　最后,进行了飞行控制系统实际飞行验证。为了降低直接应用于无人倾转旋翼飞行器的试飞风险,作为前期准备和摸索,设计制作了结构简单、体积小的三轴旋翼飞行器,并进行了相关部件的飞行测量。在取得一定经验基础上选用一架多轴旋翼飞行器进行了姿态和轨迹控制飞行试验,全面验证本文提出的机载飞行控制系统硬件结构、软件算法和航电系统,给出了实际飞行数据和结果分析。通过航向/俯仰/滚转姿态控制、高度控制、速度控制、定点悬停控制和机动飞行轨迹控制典型飞行科目实际飞行测试,验证了本文提出的飞行控制系统和航电系统设计结构、方法的可行性和有效性。应用本文的研究成果可以使其他同类型的无人飞行器快速实现自主飞行控制。