随着社会的发展,无人机的应用越来越广泛,四旋翼飞行器是无人机中最常见的一种。四旋翼具有结构简单,无需跑道,可以垂直起飞等优点。单个四旋翼虽有众多优点,但依然存在问题,如载重有限、作用范围小等。这些问题的出现,在一定程度上限制了四旋翼的应用。为解决这些问题,则研究多个四旋翼的控制,从而提高单个四旋翼任务执行效率,解决单个四旋翼无法完成的任务。本课题首先对四旋翼的飞行原理和动力学模型进行研究。其次,研究了单个四旋翼的姿态控制、高度控制、悬停控制、自主起降和地面站的设计。最后,对两个四旋翼的同步问题和多个四旋翼编队一致性问题展开研究,具体研究内容如下。(1)对四旋翼的动力学模型进行研究时,将其在空间的三维运动分解为平动和转动,根据受力和运动进行建模,得到了在忽略空气阻力下的简化四旋翼动力学模型,并在MATLAB/simulink中搭建仿真控制系统,对四旋翼的运动方式进行仿真,仿真结果表明了所建模型的有效性。(2)在单个四旋翼的研究中,首先设计四旋翼室内定位系统,利用外置的图像处理设备,提出基于颜色特征的目标识别算法,识别四旋翼的位置信息,并搭建图像处理设备和四旋翼间的通信系统,用来传输位置坐标信息。其次,设计基于四元数的姿态融合解算算法,并设计双闭环PID姿态控制算法,对四旋翼姿态进行有效控制。除此之外,使用超声波传感器测量四旋翼的高度信息,设计双闭环PID高度控制算法,实现四旋翼的定高控制和变高控制。随后,结合图像识别定位系统,提出带补偿函数的PID悬停控制算法,实现四旋翼在图像定位系统下的定点悬停和切换点悬停。在姿态控制和高度控制的基础上,进一步提出四旋翼自主起降控制策略。最后,对四旋翼的姿态、高度、悬停和自主起降进行实际飞行实验,实验验证了所设计算法的可行性。(3)研究两个四旋翼同步控制问题。首先建立四旋翼同步控制模型,设计同步控制算法,并用两个四旋翼搭建Leader-Follower控制系统,利用同步控制算法进行实际飞行实验。实验验证了该同步算法在四旋翼姿态同步和位置同步时的有效性。(4)研究四旋翼编队一致性控制问题。结合多智能体一致性算法,提出四旋翼Leader-Follower编队一致性控制算法,并利用MATLAB软件,仿真指定距离误差和固定拓扑网络下,一领导四跟随的四旋翼编队系统一致性。仿真结果表明了该一致性算法的有效性。