飞艇的飞行原理和结构特点赋予它具有滞空时间长、受天气影响小、能量消耗低、载重量大、安全性能好，可方便的实现垂直起降、空中悬停和低速飞行等诸多优势，在军用、民用领域都有着广泛的应用。小型无人飞艇以其低廉的制造成本和优势，相比于其他小型无人飞行器，在民用领域更具竞争力。本文以小型无人飞艇自动驾驶系统为研究对象，从飞艇理论和系统软硬件设计两方面着手，系统的分析了小型无人飞艇自动驾驶系统的各个模块。首先通过分析飞艇的结构和受力，推导出了六自由度非线性数学模型，并利用小扰动方法进行线性化，将飞艇运动分解为横向和纵向的解耦运动。再将飞艇控制分为基本回路层、引导层和管理层，采用模糊自适应PID算法对多个控制模块进行了分析与控制律设计。基于小型无人飞艇自动驾驶系统总体设计方案，从硬件设备选型到详细电路设计，从软件功能分析到程序流程图设计，完成了对飞艇自动驾驶系统各模块的详细设计。使用Matlab软件模块建立了飞艇的仿真模型和控制器，对飞艇俯仰姿态角、偏航姿态角、航速、高度控制进行了详细的分析与仿真，验证了飞艇模型建立的正确性和控制律设计的合理性。最后，搭建了小型无人飞艇自动驾驶系统平台，包括机械、电路、软件相关的诸多模块，并实验验证了飞艇自动驾驶系统设计的可行性。