随着任务复杂度的不断提升,单架无人机已经不能满足任务要求,多架无人机编队执行任务应运而生并成为国内外热门研究方向。本文基于运动捕捉系统VICON开发了四旋翼无人机室内编队控制系统,并在该系统的基础上研究了编队分散式控制、编队分布式控制以及基于深度优先搜索的编队通信重构策略。首先,开发和搭建了室内编队系统平台。主要开发了基于VICON系统和MATLAB软件的地面控制站,搭建了基于XBEE的单点对多点编队通信网络,组建了基于Pixhawk mini飞控的四旋翼无人机平台,完成了对ArduPilot飞控固件的二次开发。编队系统为本文姿态控制算法、轨迹跟踪控制算法、编队控制算法以及编队重构策略的验证提供了稳定的平台,具有良好的兼容性、稳定性以及人机交互的友好性。其次,通过分析四旋翼无人机的机械结构与飞行原理,建立了动力学模型。根据模型,姿态控制是四旋翼无人机飞行的基础,因此,设计了姿态-角速度串级控制器,并在Simulink中搭建了四旋翼无人机的模型与姿态控制器,仿真结果及飞行实验表明了控制器的有效性。然后,完成编队分散式控制器的设计。分散式控制的关键在于轨迹生成与轨迹跟踪控制。针对轨迹生成,研究了基于人工势场法的轨迹规划方法;针对轨迹跟踪控制问题,根据四旋翼无人机平动和转动的半耦合性质,设计了位置-姿态双闭环控制结构。飞行实验结果表明轨迹跟踪控制器的有效性。最后,研究了分布式控制的三种编队方法,针对分布式控制中的跟随问题,设计了队形保持控制器。在控制器中加入了误差混合器,将领航者的实际速度加入到编队保持控制器中,提高了跟随者的速度响应。针对分布式控制存在的领航者故障情况导致编队失败的问题,提出了一种基于图论深度优先搜索的编队通信重构策略,利用该策略能够迅速判断故障无人机是否影响到编队通信信息流的连通性,再根据无人机的层级关系,重新连接通信。实验结果表明编队保持控制器和重构策略的有效性和合理性。