随着任务复杂度的提升,单个的UAV已经不能满足越来越多样化的任务要求。多UAV系统在这样的背景下应运而生,并受到国内外学者的广泛关注。其中,UAV编队飞行控制问题是多UAV系统的一个重要研究方向。本文以四旋翼为研究对象,提出了一种基于编队队形保持和UAV轨迹跟踪控制框架的控制策略,解决了UAV编队巡航飞行控制问题。首先,本文基于“主-从”结构编队飞行模式,给出了具体的四旋翼UAV编队飞行问题描述。为此,我们将编队飞行问题分解为两个子系统,即上层UAV编队队形保持控制子系统和底层UAV轨迹跟踪控制子系统。前者能够维持编队飞行过程中UAV的队形结构不变,后者能够保证主、从机UAV实时跟踪其期望轨迹。其次,结合PID和Backstepping方法设计了UAV编队飞行过程中的队形保持控制器。在仅考虑位置信息的情况下,根据主-从机UAV的相对运动学模型,分析确定了在编队飞行过程中主-从机UAV的垂向相对位置通道与横/纵向相对位置通道不存在耦合关系。分别采用PID控制和Backstepping方法,对主-从机UAV的垂向通道和横/纵向通道设计其队形保持控制器,获得了编队飞行过程中从机UAV为维持队形结构所需的期望速度指令信号。由此,将UAV编队飞行问题在队形保持的基础上,转化为底层单体UAV轨迹跟踪控制问题。最后,针对四旋翼UAV的Euler-Lagrange模型,研究了底层UAV轨迹跟踪控制问题。具体分析了飞行过程中UAV各状态量的耦合性、欠驱动性,建立了以姿态回路为内回路,位置回路为外回路的双回路控制结构。并将UAV模型划分为具有严格反馈形式的多通道控制结构:高度控制通道、偏航控制通道、滚转控制通道和俯仰控制通道。采用积分Backstepping方法设计UAV轨迹跟踪控制器,解决了编队飞行过程中各UAV的指令跟踪问题。以螺旋线和直线轨迹为例,对主-从机UAV三角形结构编队飞行过程进行仿真分析,验证了基于队形保持和UAV轨迹跟踪控制框架的编队飞行控制策略的有效性。