随着新技术、新工艺的不断出现和发展，直升机在军事和民用方面都有着极其广泛的应用，直升机的更新换代也越来越频繁，但是由于其具有非常复杂的动力学特性和多变的飞行姿态，通常很难用精确的数学模型进行描述，因此对其控制方法的研究更显重要。本文采用的三自由度直升机实验模型是固高公司生产的，此模型系统在自动控制、飞行器、人工智能等诸多领域是一个很好的科学实验平台，因此，对其数学模型和控制方法的研究具有很高商业价值和研究价值。针对三自由度直升机系统的高阶、非线性、强耦合等特点，为了设计出的控制器更为有效，首先，对三自由度直升机系统的结构及组成进行分析，根据各个自由度运动特性采用牛顿力学原理进行系统的数学建模。通过所建立的数学模型分析被控对象的系统原理，并对系统性能进行分析。其次，采用PID控制方法设计常规PID控制器，对三自由度直升机模型进行控制，搭建Simulink仿真模型，进行仿真分析。最后，在PID控制器设计的基础上，考虑到PID控制器不能很好地反映被控对象的动态性能，精度和鲁棒性不高。本文将PID控制和模糊控制的简便性、灵活性及鲁棒性融为一体，设计了模糊PID智能控制器。搭建出Simulink仿真模型，并运用于三自由度直升机模型的实时控制，将模糊PID控制的实验结果与PID控制的实验结果进行对比。实验结果表明，模糊PID控制比PID控制具有更好的动态性能，超调量也远小于常规PID控制的超调量，该方法能够实现对三自由度直升机模型的实时控制，系统结构合理，满足实时性和可靠性的要求。