近年来,无人飞行器在民用市场领域应用愈加普遍,与不同产业的结合愈加深入。为适应不同应用场合的不同控制要求,研究使无人机的性能更优良、稳定性更好的控制算法是非常重要的。另一方面,由于单一无人机的能力有限,在执行复杂任务时需要多个无人机互相配合协作,无人机编队控制也成为研究热点。故本文选取市场上常见的四旋翼无人机为研究对象,就四旋翼的单机控制算法和编队及其避障控制两个方面进行深入研究,研究的主要内容有:1)四旋翼飞行器数学建模。首先分析四旋翼的飞行机理,利用物理动力学定律对四旋翼进行建模,得到较为精确的数学模型。再对四旋翼模型进行内环姿态角和外环位置的控制器设计,最终得到四旋翼串级PID控制器并进行了仿真实验。2)基于自抗扰算法的四旋翼飞行控制器设计。通过对四旋翼的控制算法进行调研,在改进型PID控制、自适应反步控制、自抗扰控制等众多算法中进行比较分析后,对四旋翼设计了PID-自抗扰串级控制器、串级自抗扰控制器两种类型控制器,并对上述控制进行仿真。仿真结果表明,串级自抗扰控制算法在快速性、抗干扰能力、超调量等指标上表现出的性能更加令人满意。3)四旋翼编队控制及其避障研究。基于上述串级自抗扰控制器对四旋翼编队控制进行研究。首先基于二阶多智能体编队控制协议对四旋翼进行编队控制,仿真结果表明,在无障碍物环境下四旋翼飞行器可以跟踪不同跟踪轨迹实现编队并维持队形。其次在编队控制算法中加入势场函数,仿真实现了四旋翼的编队避障控制。