本文以某型短距起飞无人机为研究对象,围绕短距起飞过程中的控制问题,系统地开展了无人机滑跑短距起飞建模、滑跑纠偏控制、滑跑稳定性分析及增稳控制、短距起飞及转平飞控制等方面的研究,并且进行了原理样机滑跑纠偏试验。首先,建立了无人机地面滑跑和短距起飞数学模型,模型中包括起落架的单腔空气油液缓冲器模型和轮胎地面受力模型,分析了无人机在短距起飞过程中的地面效应,建立考虑地面效应的升力风扇模型,从而建立无人机滑跑短距起飞数学模型。其次,针对无人机短距起飞过程中的滑跑加速阶段,设计了基于蚁群算法的模糊PID纠偏控制器。首先使用蚁群算法对PID控制参数进行离线寻优,在此基础上运用模糊控制对PID控制参数进行在线调整,提高控制器的纠偏性能。分析了前三点式起落架布局的无人机在滑跑纠偏过程中容易侧翻的原因,设计模糊增稳控制器,在纠偏过程中控制副翼和升降舵偏转产生气动力矩,平衡无人机受到的侧翻力矩。经数值仿真验证,滑跑纠偏及增稳控制器具有较好的纠偏性能,并能增加无人机在滑跑纠偏过程中的稳定性,防止侧翻事故的发生。然后,针对无人机短距起飞和转平飞阶段,设计了基于层叠动态逆的姿态控制器,并将控制分配环节从动态逆控制器中分离出来,分离成两个部分:以控制力矩为输出的动态逆控制器和控制力矩分配环节。设计适用于增量动态逆的直接力/气动力复合控制分配方案。在俯仰控制上,设计模糊控制器控制升降舵和尾喷口在俯仰控制分配中的比例,实现了直接力和气动力在短距起飞过程中的控制权过渡。滚转和偏航的控制分配采用链式法,先用气动舵面产生控制力矩,达到位置饱和时再开始用尾喷口产生控制力矩。数值仿真结果验证了所设计的动态逆控制器和控制分配方案的有效性。最后,进行了原理样机地面滑跑纠偏试验,验证了所设计的滑跑纠偏及增稳控制系统的可行性和有效性。又进行了原理样机悬停和机动飞行试验,验证了直接力/气动力控制的可行性,为短距起飞试验奠定了基础。