直升机作为20世纪极具特色的创造之一,拓展了飞行器的应用范围,具有垂直起降、空中悬停、旋转飞行、机动灵活、占地小等显著特点,在军、民领域有着越来越重要的作用。随着科学技术的飞速发展,直升机控制理论和技术日益受到重视。Quanser公司生产的三自由度直升机模型平台(简称直升机系统)对直升机动力系统和电子系统原理进行模拟,属于典型的多输入多输出系统,本身具有不确定性和非线性特点,是控制系统工程中较为复杂的对象。高性能直升机控制器设计对类似控制器系统设计和控制理论研究有很好的指导作用。本文首先基于Quanser三自由度直升机实验平台特性,建立并简化数学模型,分析得出系统有开环不稳定,完全能控能观的特点。接下来,利用PID和LQR方法设计控制器,在MATLAB环境下对直升机系统进行仿真。仿真结果表明此类控制器虽然能较好的跟踪期望的输入,但存在超调、鲁棒性欠佳的缺点。滑模变结构控制器具有快速、鲁棒的优点,本文在LQR控制器的基础上设计出直升机最优滑模控制器,增强了系统鲁棒性,加快了响应速度。但是这种性能的提升带来了两个负面效果：滑模面附近存在抖动；滑模控制趋近段可能会产生过于激烈的反应。为了消减抖动和避免过于激烈的响应,本文先后设计了基于控制律和滑模面的模糊控制规则,通过电压补偿和权重参数设置的方法智能化的解决上述问题。仿真结果表明该控制器即保证了系统的快速性、鲁棒性、稳定性,又削弱了抖振。然后在直升机实物平台上分别验证了LQR控制器、最优滑模控制器、模糊最优滑模控制器的控制效果,实现了直升机姿态的稳定控制。实验结果表明LQR控制器响应柔和,速度慢,存在超调,鲁棒性能较差；最优滑模控制器响应速度快,鲁棒性强,控制电压切换剧烈,跟踪较大角度时瞬间响应剧烈；加入模糊控制规则后,有效的结合了两者的优点,在保证系统响应快速、鲁棒的同时,减弱了抖振影响,消除了此类瞬间剧烈响应。