在近几十年中,无人机在军事作战和生产生活中的应用日益成熟,取得了良好的经济效益。随着经济和社会的快速发展,单架无人机作业已不能满足人们对更高作业效率和质量的需求,因此,多无人机编队协同控制技术应运而生。由于一致性理论利用分布式框架进行信息交互,其计算量较小,因此在无人机编队领域获得了广泛应用。本文以四旋翼无人机为算法设计对象,首先基于高阶一致性理论设计了编队协同控制算法,然后基于改进人工势场法设计了编队协同避障算法,本文主要研究内容如下:首先,本文概述了一致性理论稳定判据所需要的图论和矩阵知识,介绍了无人机的相关坐标系并分析了其转换关系,建立了无人机的数学模型。其次,设计了多无人机编队协同控制算法。基于反馈线性化方法将无人机的非线性化模型简化为四个线性化微分方程,然后在四个线性化子方程的基础上,结合线性系统高阶一致性理论对无人机设计了编队协同控制协议,利用李雅普诺夫方程和正交线性变换法证明了该控制协议在变拓扑和非对称时滞下的稳定性,并求得了其稳定判据。通过在Matlab/Simulink中进行仿真,证明了该高阶一致性协议所控制的系统可以渐进地达到一致性。然后,设计了三维空间下的编队无人机协同避障算法。本文改进了传统人工势场法的缺陷,通过仿真实验对比,验证了改进后算法的有效性。在引入无人机机间避障算法的基础上,将改进后的人工势场法与二阶一致性控制协议相结合,设计了编队协同避障算法,通过在Matlab/Simulink中进行实验对比,证明了编队无人机在利用该算法执行协同避障任务时的优越性。最后,实现了基于FlightGear的多无人机编队视景仿真验证。本文在Matlab/Simulink环境中搭建数学控制模型,并在此模型上实现了高阶一致性编队控制算法。将在Matlab/Simulink中解算出的飞行数据打包发送到FlightGear显示终端,并通过Ubuntu系统中的FlightGear多机编队服务器实现无人机机间的数据交互,由此实现了多无人机编队三维视景仿真验证。