四旋翼无人机具有结构简单、机身质量轻、灵活性强而且能够垂直起降和定点悬停等优点,在环境监测、目标搜索、事故救援等领域得到了广泛应用。四旋翼模型具有非线性、强耦合、欠驱动等特点,且在飞行过程中易受外界扰动的影响。由于单架无人机续航能力有限、传感器性能不足、负载能力有限,在复杂应用场景下,往往需要多架四旋翼协同完成单架四旋翼无法完成的任务。本文以四旋翼无人机为研究对象,对四旋翼无人机单机控制及编队控制展开了研究,主要内容有:首先,介绍了四旋翼无人机的机体结构及运动控制方法,将四旋翼无人机视为刚体并选取合适的坐标系,分析了四旋翼无人机所受到的力和力矩,建立四旋翼无人机运动学和动力学模型。将建立的四旋翼模型分为位置子系统和姿态子系统,然后考虑到四旋翼无人机在飞行过程中受到外界干扰和自身参数不确定等因素的影响,分别为位置子系统和姿态子系统设计干扰观测器及控制器,实现单架四旋翼无人机对参考轨迹的稳定跟踪,同时降低了复合干扰对四旋翼无人机稳定性的影响。其次,针对无人机编队飞行中仅有部分无人机可以直接获取领机状态信息的问题,提出了一种基于状态观测器的分布式有限时间编队跟踪控制策略。考虑到在分布式的编队控制策略下,并非所有的无人机都能直接与领机进行通信并获取领机的状态信息。对每架四旋翼无人机分别设计分布式有限时间状态观测器估计自身与领机的相对状态信息。在状态观测器观测结果的基础上设计了有限时间控制器,稳定性分析验证了所设计的编队控制策略的有效性。从仿真结果中可以看出,多架无人机能够在三秒内形成并保持期望的编队队形。最后,考虑到多机编队飞行过程中,四旋翼无人机受到的复合干扰的上界并不一定能提前得到,提出了基于自适应观测器的编队控制策略。设计了自适应干扰观测器估计复合干扰,并在控制律设计中实时补偿;设计了自适应状态观测器观测从机自身与领机的状态差。在姿态解算的过程中,由于虚拟控制量会受到外环干扰的影响,且滑模控制方法也会产生抖振,因而期望的姿态角的导数难以求出,为此设计了三阶积分滤波器对姿态角及其导数进行估计,降低外界干扰和抖振对系统稳定性的影响。