四旋翼无人机有着灵活性强、结构简易、操纵方便、稳定性好、运动灵活等优点,在农业、航拍、物流、交通等领域有着广泛运用,为当今生活和工作带来极大的便利。然而,单架无人机在飞行过程中会面临复杂的环境且功能有限。这使得无人机越来越多以编队的形式出现。在当前的编队控制研究中,一方面侧重无人机数学建模问题,一方面侧重于编队间无人机相互的作用方式的研究。无人机自身结构是相对复杂的,需要研究者在执行的高效性和模型的真实性中进行平衡。由于系统信息交互单元较多,需要研究者考虑构建合理高效的控制协议,同时也要处理系统中可能存在的干扰。本文以四旋翼无人机为基础提出一套完整可行的编队控制技术方案。先以大疆经纬M100作为系统设计平台,再以leader-follower设计编队结构,基于PID算法思想设计编队控制算法,并根据实际飞行中的不足,进一步优化算法提出基于时变编队的分组一致一致性编队控制算法。论文主要包括:第一,设计整个四旋翼无人机的编队实验平台。以大疆经纬M100作为无人机平台,结合Zigbee模块搭建编队系统。结合ROS完成M100的机上系统设计,完成主任务模块、机间通信模块和视觉检测模块的开发。系统能够完成接收到地面平台的指令和参数设置并对应完成地面目标跟随、编队保持、航迹飞行、编队返航等主要功能。第二,设计无人机地面目标跟随和和编队跟随的控制算法。基于PID算法思想,解决传统PID在抗干扰能力和积分饱和方面的弱点,设计多模式PID控制器。基于Apriltag视觉标签,用Pn P姿态结算方法计算无人机相对于地面目标的位置和姿态信息,通过调节多模式PID控制器完成无人机对地面目标的跟踪。将leader-follower结构的编队模型转化成无人机一对一的跟踪模型,基于GPS数据解算跟随机相对于被跟随机器的位置姿态信息,通过调节所设计的多模式PID控制器完成编队飞行。最后实际仿真多模式PID性能,并通过实际飞行分析地面目标跟随和编队跟随飞行的效果。第三,优化编队控制算法,提出基于时变编队的分组一致性控制算法。基于时变编队和分组的思想,提出编队一致性控制算法。设置待求控制器参数,基于入度平衡假设,通过非对角优化的拉普拉斯矩阵的特根的性质,将系统的一致性问题转化为经过处理的降阶子系统的一致性问题。通过图论和矩阵论的知识,将系统的一致性问题等价于系统的稳定性问题。运用赫尔维茨稳定性原理得到系统稳定性即一致性达成的充要条件,并给出李雅普诺夫稳定分析。最后通过Matlab对基于时变编队的分组一致性进行仿真,验证算法的准确性。