随着无线通信技术的发展,无人机在民用和军事上的应用越来越广泛。由于单无人机负重少、体积小、覆盖面积小,不能满足复杂任务需求,近年来,关于无人机集群协同编队控制方面的研究发展迅速。传统的协同编队控制方法存在通信瓶颈,而基于群智能的协同编队控制方法只能组成松散的编队。除此之外,在不同的任务场景下,需要设计相应的协同编队控制算法以满足任务要求。本文主要研究了无人机集群的协同编队控制问题,论文关键研究内容分为如下三部分:1.研究了无人机集群的协同编队控制理论与方法。分析了无人机集群协同编队控制相关理论,基于无人机一阶控制模型实现单机控制,根据分离、列队、内聚规则,建立集群运动控制模型。提出了一种基于多虚拟控制点的无人机集群协同编队控制算法,以虚拟控制点与相邻成员的状态偏差为参考,调整成员自身控制输入。搭建仿真环境,在对集群内少量成员控制的条件下,实现无人机集群的编队稳定性和成员运动状态一致性。2.研究了分散场景下无人机集群的协同编队控制方法。基于均值漂移法实现对分散任务的聚类与规模估计。针对分散任务场景,提出了一种无人机集群分簇算法,针对子集群的协同编队飞行,提出了一种基于分而治之的协同编队控制算法。在仿真环境中搭建分散任务场景,子集群与任务规模、任务优先级合理匹配的同时,实现子集群的协调编队飞行。3.研究了编队重构场景下无人机集群的协同编队控制方法。首先分析了传统的编队重构方法,传统的编队重构基于固定路径设计,每两种编队切换都需要重新设计路径,实现复杂性高。本文提出了基于自主分布式的无人机集群协同编队重构算法,建立了协同机间避碰机制,分析了弹力一阶状态模型,基于此模型建立了参考弹簧的协同控制模型,分析后发现不足,提出了改进的模拟弹簧协同避碰模型,基于信息共享实现编队重构。在保持机间安全距离的同时,实现静态牵引与动态牵引下的编队重构。