近年来,学术界关于四旋翼无人飞行器的研究十分广泛。它因结构简单、机动灵活等特点而被大量应用于灾难救援、军事侦察、快递运输、航空摄影等领域。然而随着研究的不断深入,单架四旋翼无人飞行器载荷有限和执行复杂任务的容错能力不足等缺陷也日益显现。因而,多架四旋翼无人飞行器编队协作执行任务逐渐成为学者们研究的重点。本文以多架四旋翼无人飞行器系统作为研究对象,对该系统的姿态协同、编队飞行和飞行中避碰及通讯保持等问题进行了研究。本文首先阐述了四旋翼无人飞行器编队的背景、研究现状和研究意义,并对其结构和飞行原理进行了分析。然后,基于双闭环控制的思想,建立了四旋翼无人飞行器系统模型,将其分为位置子系统和姿态子系统。基于该数学模型,分别研究了多四旋翼飞行器姿态协同和位置编队控制问题。具体来说,对于四旋翼飞行器的姿态子系统,首先设计了多四旋翼飞行器姿态协同控制器,实现多个四旋翼飞行器姿态同步。然后,基于齐次性理论,提出了一种有限时间姿态协同控制律,使得多个四旋翼无人飞行器系统的姿态可以在有限时间内达到同步。然后,针对四旋翼的位置和姿态子系统,基于比例微分控制和通讯拓扑图理论,分别提出了分布式位置编队控制策略和改进的有限时间姿态跟踪控制律。这使得所有四旋翼无人飞行器可以形成编队队形并沿着期望轨迹飞行。最后,在之前研究的基础上提出了一种带有避碰和通讯保持功能的编队控制器。为了实现这个功能,本文在控制器中加入了势能函数,为每架四旋翼无人飞行器以自身为中心定义了通讯区域和碰撞区域。当四旋翼飞行器之间的距离小于碰撞区域中定义的碰撞半径时,势能函数项可以产生斥力,让四旋翼远离其他四旋翼;当四旋翼无人飞行器之间的距离大于通讯区域中定义的连通保持半径时,势能函数项可以产生吸力,将四旋翼拉回编队内,从而实现了多架四旋翼编队的安全飞行。综上,本文的主要贡献是对于具有领导者-跟随者结构的多四旋翼无人飞行器,提出了有限时间姿态协同控制器、位置编队控制器和加入势能函数的编队控制器。基于以上控制器,分别解决了多四旋翼飞行器的姿态同步、编队飞行、飞行中通讯连通性保持和避碰问题。其中,每章的仿真结果分别验证了上述控制器的有效性。