多旋翼无人机因其机械结构简单、维护使用方便、可垂直起降快速放飞等突出特点,近几年在各个应用领域发展迅速。相比于微小型四旋翼飞行器,大轴距的多旋翼无人机具有更好的载重能力、续航时间和抗风性,在工业现场应用中也更具实际价值。本文研究内容所依托的项目需应用八旋翼无人机在戈壁地区空旷多风的气候环境下完成飞行相高达一千米的吊挂负载飞行,对于多旋翼无人机这样一类本身定位在近地面使用的飞行平台而言,该相高尺度范围的任务可以称之为“高空飞行”。研究这一特殊工程背景下多旋翼无人机的稳定控制问题有助于进一步拓展该机型作业空间和应用领域。本文借鉴了前人关于直升机涡环状态的研究成果和旋翼的动力学建模方法,综合了理论分析和大量项目开发过程中的试验数据,以实际任务交付的八旋翼无人机系统对象为例,探讨了多旋翼无人机高空飞行稳定控制方面所需克服的几个主要问题,相应工作内容和贡献如下：(1) 结合旋翼动力学模型给出多旋翼无人机在高空飞行风场环境下的仿真建模方法,参与了八旋翼无人机半实物仿真平台的搭建和优化工作。为后续八旋翼无人机项目研发,控制律设计与调试、飞控系统软件设计打下了坚实的基础。(2) 在上述数学模型和半实物仿真环境基础上,结合对飞行试验过程中的数据分析,讨论了飞行过程中海拔高度变化引起的空气密度改变对旋翼气动特性的影响：第一,实际飞行数据中反应出海拔升高会使八旋翼无人机平均电机转速上升,导致用于姿态控制的转速裕量减少,这需要无人机在通道限幅器上做出相应处理。第二,无人机在不同海拔高度旋翼的转速-升力曲线特性发生变化,从而使飞机偏离原有的线性工作点,需调整内环增益来补偿空气密度变化产生的影响。(3)基于模型给出了评估八旋翼无人机抗风等级的方法,并结合试验数据说明了该方法的有效性。利用Matlab自带的线性化工具求得对象模型在控制律开环和闭环情况下风扰通道传递函数,验证了所设计的控制律姿态环、速度环在大风扰动情况下的跟踪性和鲁棒性。(4) 结合我们在较小尺寸的多旋翼无人机平台上所做的近涡环试验的现象和数据介绍了涡环状态在多旋翼无人机上的具体表现。对前人所做的涡环判据做了简要讨论并给出了多旋翼无人机快速下降过程中实际所采取的控制策略及可用于多旋翼无人机的涡环预警和改出策略。针对下降试验中存在的内环姿态设定值周期性波动问题,本文结合控制律频域设计分析方法给出了垂直下降过程中控制律的改进方向。(5) 作为对多旋翼无人机稳定控制问题讨论的延伸,第六章补充介绍了该套飞控系统高空作业过程中遇到几种典型特情的自动处理方法。从试验结果和项目交付后该八旋翼无人机在任务使用中的表现来看,本文所提出的控制方法,能有效提高无人机的稳定性和飞行品质。而引入的包括电量管理、强风下降在内的应急处理方法和控制策略能提高无人机安全返航率,在广义的稳定控制层面更好的保证多旋翼无人机的飞行安全。