多智能体系统的研究始于对自然界中生物集群现象的探索,研究者们从生物学、数学、人工智能、通信科学及计算机科学各个角度抽象出多智能体系统的基本模型并总结其基本控制规律。凭借着低成本、高效率、高灵活性、高容错性及易于部署等诸多优点,多智能体系统迅速成为世界范围内的研究焦点。作为一类特殊的多智能体系统,多刚体系统具有多智能体系统的上述所有优点,又因其在分布式航天器系统、群体机器人系统、多无人机系统及分布式摄像机网络系统等诸多工程应用领域的广泛适用性,使其受到越来越多的研究者关注。姿态协同控制是多刚体系统的一个核心研究课题,在航天器及机器人编队、分布式视频检测等工程应用中具有重要价值,其目的在于通过设计分布式姿态协同控制器使系统中所有的刚体姿态达到所期望的状态。但由于刚体姿态控制模型的状态方程及状态空问的非线性特性,使得对多刚体系统姿态协同控制的分析较为复杂,目前对其研究尚处于初步阶段。现有研究较少深入考虑在执行器故障、系统参数未知及外部干扰等因素下高性能控制器设计问题,同时缺乏对网络通信压力问题的有效解决手段。此外,现有的对建立在非线性流形sO(3)上的多刚体系统所设计的姿态协同控制器仅能完成较为简单的控制任务,对于复杂的控制任务尚缺乏深入探讨。本文在综述现有研究文献的基础上,分析了目前多刚体系统姿态协同控制研究中存在的不足,进一步地,针对若干关键问题展开研究。全文主要内容概括如下：研究了鲁棒有限时间姿态协同控制问题。由于在有限时间控制策略下系统往往能够获得更高的控制精度、更好的抗干扰性及更快的稳定速度,为此我们结合变结构控制和自适应控制的思想设计了多刚体系统有限时间分布式姿态协同控制器,使得系统中所有追随者刚体的姿态能够在有限时间内进入由领导者刚体构成的凸包中。在设计过程中我们综合考虑了驱动器故障、外部干扰及系统参数未知等因素的影响,所设计的控制器更具应用价值。研究了基于事件触发机制的姿态协同控制问题。在工程应用中,为了执行以往文献中所设计的姿态协同控制器,刚体间需要经由无线网络等周期地进行信息交互。这种过于保守的信息交互方式会增加网络通信压力,进而出现通信时滞、丢包甚至控制任务失败的情况。为避免这种现象发生,考虑到实际应用问题中网络压力因素的影响,我们将事件触发机制引入到多刚体系统姿态协同控制问题中,针对系统中的每个刚体设计了相应的分布式触发流程。在确保控制任务有效完成的基础上,使得系统中每个刚体能够以离散的形式按需地发送自身信息,从而大幅度降低了网络通信压力并实现了个体节能。分析了流形SO(3)上的多刚体系统姿态协同控制问题。为了更加精准地描述刚体姿态运动规律,我们研究了在非线性流形SO(3)上的多刚体系统姿态协同控制问题。我们针对每个刚体引入了位于李代数so(3)中的虚拟变量,基于此变量运用非线性流形的相关知识及渐近自治系统的稳定性理论,设计了基于一致性协议的姿态协同构形控制器,使得流形SO(3)上的多刚体系统能够完成更为复杂的姿态协同控制任务。探讨了流形SO(3)上的多群组刚体系统事件触发姿态协同控制问题。运用流形SO(3)上的控制思想及基于事件触发机制的控制设计方法,我们研究了多群组刚体系统的姿态协同控制问题,设计了组间姿态反一致协同控制器及基于事件触发机制的组内姿态同步协同控制器,使得多刚体系统能够同时具有多个互不相同的姿态收敛值,并降低了组内网络通信压力。初步探讨了在工程应用中极具价值且尚未有文献涉及的多刚体系统多任务实现的控制设计方法。最后我们对全文内容做了总结,并对相关研究方向的进一步发展进行了展望。