在过去的十年里,四旋翼无人机凭借其结构简单、成本低、易于操纵等特点,广泛应用于军民用各个领域。而随着四旋翼无人机控制技术的成熟和多智能体一致性控制技术的发展,集群编队的应用也越来越广泛。相较于单架四旋翼无人机而言,使用多四旋翼无人机编队在提高了任务冗余度的同时也大幅度增加了任务的完成效率,所以基于四旋翼无人机的编队控制问题也成为当下的研究热点之一。本文主要的研究内容包括以下几个方面:第一,对四旋翼无人机进行数学建模:在给出空间坐标转换的基础上,对四旋翼无人机的线运动和角运动进行受力分析,使用牛顿-欧拉法建立其相应的数学模型。第二,设计四旋翼无人机控制器:为了处理编队内无人机碰撞而加入的约束问题,位置控制采用预测控制实现轨迹跟踪,在此基础上,以减小计算量、增加系统稳定为目标,采用分段集结策略、终端约束集以及终端代价函数对算法进行改进;姿态控制采用经典PID控制以实现姿态的快速响应。第三,设计分布式编队控制器:根据图论知识设计分布式通讯拓扑;为了实现稳定可控的四旋翼编队飞行效果,将一致性理论与Leader-Follower法结合起来,分析无人机的一致性问题,设计一种有领航者的二阶一致性分布式控制协议,并给出稳定性证明。第四,对四旋翼无人机轨迹跟踪和四旋翼无人机编队飞行控制使用MATLAB进行仿真实验:仿真结果表明,设计的四旋翼无人机轨迹跟踪器能很好的处理轨迹跟踪问题;设计的分布式编队控制器与轨迹跟踪器的结合使用能实现四旋翼无人机稳定的编队控制,并且无人机之间相互保持一个安全距离。