无人机编队具有重要的理论和应用价值,在环境侦察、目标打击、线路巡检、灯光表演等军用或民用领域均具有巨大的发展潜力。本文聚焦于固定翼无人机集群的编队控制问题,基于分组分层思想构建了长机协同、僚机跟随的仿射编队分层控制框架,分别提出了基于拟态物理法的长机编队控制方法、基于应力矩阵的僚机编队跟踪控制方法,以及大规模集群分组分层编队控制策略,并通过一系列数值仿真和半实物仿真实验验证了提出的编队控制方法的有效性。具体而言,本文主要工作有以下三点:（1）针对大规模固定翼无人机集群仿射编队控制问题,基于分组分层思想构建了长机协同、僚机跟随的编队分层控制框架,借助少量关键节点的协同控制,实现大规模集群一般队形的生成以及平移、旋转、放缩与剪切等仿射变换,提升了编队机动灵活性。采用领航跟随模式,论文将固定翼无人机的仿射编队控制问题分解为两个子问题:长机层编队生成控制问题与僚机层编队跟踪控制问题;同时基于分组分层思想,提出了一种编队分层控制解决方案,可以通过控制编队中的关键节点,实现了固定翼无人机目标编队的生成以及平移、旋转、放缩与剪切等仿射变换。固定翼无人机集群的飞行想定仿真实验结果也证明,本文设计的分组分层仿射编队控制策略可以通过控制长机队形来生成整体编队目标构型并进行仿射队形变换,使得编队具备良好的机动性能与扩展性。（2）针对长机层编队生成控制问题,基于拟态物理法设计了免碰撞的固定翼无人机编队生成与保持分布式控制律,物理意义明确且参数易调,能够生成二维平面中期望的一般性编队队形并进行队形变换。受自然界中广泛存在的各种物理力启发,本文在四旋翼无人机编队控制策略的基础上进一步深入研究,基于拟态物理法设计了分布式固定翼无人机集群的编队控制律,并采用不变集原理证明了系统的稳定性。通过定义编队中无人机之间的虚拟作用力,根据实际需求调整具有明确物理意义的控制参数,能够使得编队中的固定翼无人机在免碰撞条件下收敛到期望速度与位置,生成期望的编队队形;同时,在拟态物理法控制框架中融入基于虚拟斥力的避障策略,能够避免无人机与障碍物发生碰撞,进一步保证编队的飞行安全。论文搭建了基于X-Plane的分布式高保真半实物仿真环境,并在其中验证了算法的有效性,为控制策略的实际应用奠定了基础。（3）针对僚机层编队跟踪控制问题,基于应力矩阵设计了固定翼无人机编队跟踪分布式控制律,使得僚机能够协同跟踪长机的运动状态,实现整体目标编队的生成与仿射队形变换。在固定翼无人机仿射编队控制框架下,针对僚机的编队跟踪控制问题,基于应力矩阵设计分布式编队跟踪控制律,使僚机可以在协同跟踪长机沿二维平面一般性轨迹运动的同时,收敛到目标编队中的期望位置,从而实现编队队形的生成与仿射变换。论文一方面基于李雅普诺夫稳定性理论,证明了闭环系统的稳定性;另一方面通过数值仿真与半实物仿真试验验证了编队跟踪算法的有效性。