由于四旋翼无人机具有结构简单、体积小、机动性强、造价低以及可以垂直升降和定点悬停等优点,被广泛应用于军事、工业、农业等多个领域。其中,多四旋翼无人机编队控制是研究多四旋翼无人机系统的重要方法之一,该方法主要通过设计编队控制器,使得多四旋翼无人机系统中各个四旋翼能够形成编队队形,从而实现单架四旋翼无人机无法完成的、复杂群体性任务。本文以四旋翼无人机为研究对象,针对其强非线性、强耦合、欠驱动,且在飞行过程中易受外界扰动影响等特点,对四旋翼无人机轨迹跟踪控制及编队控制展开研究。主要内容有:一、概述本文的研究背景和意义,并介绍四旋翼无人机控制方法和编队控制的国内外研究现状,以及本论文的主要工作安排。二、介绍四旋翼无人机的机体结构、飞行机理以及四旋翼无人机的坐标系,通过分析四旋翼无人机飞行过程中所受的力和力矩,运用牛顿运动学定律和欧拉方程建立四旋翼无人机的动力学模型。最后对代数图论、Lyapunov稳定性理论、有限时间稳定性理论及相关引理进行介绍。三、研究未知环境干扰及建模不确定性条件下的四旋翼无人机有限时间轨迹跟踪控制问题,提出一种基于有限时间干扰观测器的轨迹跟踪控制器。首先将未知环境干扰及建模不确定性作为复合干扰,并构造有限时间干扰观测器对复合干扰进行实时估计。其次结合干扰观测器的输出设计快速终端滑模控制器,消除复合干扰影响的同时,实现四旋翼无人机的有限时间轨迹跟踪控制。利用有限时间控制理论,证明观测器及控制器的稳定性。仿真结果表明所设计的有限时间干扰观测器和控制器可实现单架四旋翼无人机对预设期望轨迹的跟踪。四、研究复合干扰下多四旋翼无人机的有限时间编队控制问题。考虑模型参数存在不确定性及未知环境干扰的影响,利用第三章设计的有限时间干扰观测器,构造分布式编队控制器。在分布式编队控制器中,只有部分跟随四旋翼无人机可以接收虚拟领航无人机的状态信息,进而将四旋翼无人机模型分为位置子系统和姿态子系统,应用第三章设计的有限时间干扰观测器的估计结果设计位置编队控制器和姿态跟踪控制器,然后通过Lyapunov稳定性和有限时间稳定性理论证明所设计编队控制器的稳定性。最后,对所提出的分布式编队控制器进行仿真验证,结果表明本文所设计的分布式编队控制器能够实现多四旋翼无人机的编队目标。五、总结全文工作,并对日后的研究方向进行展望。