随着无人机（UAV）的广泛应用,其缺陷和短板逐渐暴露出来,无人机编队技术在此背景下应运而生。相比于单架无人机,多架无人机构成的编队可以完成更加复杂、多变的任务。因此,各国学者的研究方向逐渐移向多架无人机组成的编队控制技术。本文以四旋翼无人机为研究对象,针对无人机编队的队形保持、轨迹跟踪与协同避障三个问题进行分开讨论,具体研究如下:首先,建立无人机的动力学与运动学基础模型,依照其数学模型对主-从结构下无人机编队的飞行问题进行分析研究,并将其分解为两部分:即编队从机队形保持问题和主机的轨迹跟踪问题;之后对Lyapunov函数的稳定性理论以及后续编队避障使用的传统人工势场法理论进行简要介绍,为后文的研究做充足的准备。其次,针对编队队形保持问题,根据编队主-从模式下主机与从机的相对运动学模型,研究分析出编队在飞行过程各无人机的横、纵方向上的相对位置通道与其垂向上的相对位置通道之间并不存在耦合关联。因此,采用PID控制方法对无人机的垂向通道进行设计,而其横、纵向通道则采用反步法进行设计,各通道控制器共同组成编队从机的队形保持控制器,使得从机获得了跟随主机并保持编队队形所需要的期望线速度与角速度。至此,完成了编队飞行过程中从机队形保持控制问题。然后,针对主机轨迹跟踪问题,由主机的运动学模型,将其划分为具有反馈性质的高度控制通道、偏航控制通道、俯仰控制通道和滚转控制通道。针对各通道控制系统,采用积分法与反步法相结合的控制方法对其进行设计。将各通道设计的控制器结合,构成主机的轨迹跟踪控制器,解决了编队飞行过程中主机能够在干扰下跟随期望轨迹所需的指令问题。将从机队形保持控制器与主机轨迹跟踪控制器相结合,构成编队飞行控制器并对其进行仿真,最终结果验证了编队飞行策略的有效性。最后,研究了多无人机编队能否在复杂障碍物空间完成编队整体避障的同时,确保编队内部各无人机之间无碰撞并保持队形稳定的问题。针对单架无人机避障问题,提出对传统引力、斥力函数加入动态调节系数因子,在优化传统势力场作用范围和变化形式的同时,解决了无人机避障时的轨迹抖动问题;提出加入积分扰动分量结合纵向随机因子解决局部极小问题。对于多无人机编队协同避障,提出将改进的人工势场法结合分布式一致性理论进行编队协同避障设计。在编队内部,通过设计无人机之间的相互虚拟力,使得编队能够在机间虚拟力的作用下避免相碰并保持稳定的队形;编队外则采用改进的人工势场法使编队能够避开障碍物。最终能够使编队在机间虚拟力与外部势场力合力的作用下达到内外协同避障的效应。