多机器人编队系统是在单个机器人的基础上,通过机器人之间的通信和控制算法的设计,实现机器人之间的信息共享,达到期望的编队系统。虽然单个机器人的性能不断的提高,但是面对复杂的环境单个机器人会面对很多无法处理的情况,需要多个机器人的协同作用,这就使它的研究成为了当今学者的重要的工作内容。本文将机器人的领导者虚拟化并将编队控制问题转化为输出调节问题,利用图论的方法来描述机器人之间的通信关系,设计出分布式控制规律实现了机器人在固定拓扑和变拓扑情况下的编队控制。本文的主要研究工作可以分为以下四个部分:第一:介绍了系统稳定的理论基础和李雅普诺夫判定方法,简要的介绍了约束的类型并且通过机器人不打滑的约束条件确定了机器人是受到非完整约束的,推导出了移动机器人的动力学模型并根据能控性定理判定它是可控的,阐述了机器人的仿真平台MobileSim和实验机器人AmigoRobot。第二:多机器人协同控制的实现是多机器人控制的基础。采用了BackStepping控制器设计方法设计了基于李雅普诺夫实现的控制器并进行了Matlab仿真,通过仿真验证了该算法的有效性。通过将坐标转换为笛卡尔坐标系,得到了基于领导者-跟随者反馈线性化控制器,实现了轨迹跟踪和编队行为。第三:指出了BackStepping设计方法和基于了l-φ的控制器的缺陷,综合这两种方法的缺陷我们提出了系统化的基于虚拟领导的分布式设计方法,此方法是将外部轨迹当做是虚拟的领导者,其余的机器人可以直接跟随者也可以是间接跟随者,利用图论来描述多机器人的通信关系来设计控制器的方法。将跟踪虚拟机器人的问题转化成了输出调节问题。在固定拓扑的情况下设计出了基于内模的分布式复合非线性反馈控制器来求解此输出调节问题。给出了该控制器推导方法并给出了它的非线性部分的两种选取方法。第四:考虑在实际生活中,变换拓扑情况的出现。在研究完基于固定拓扑的分布式控制之后,研究了变拓扑情况下的控制。设置了虚拟领导者的信息和邻居机器人的权重不同并考虑了父亲机器人和孩子机器人地位是不对等的。继承了固定拓扑情况下的有向图的描述,进行了多机器人切换拓扑控制的理论分析,设计出了基于多重内模和观测器的分布式动态反馈控制律,并给出了参数的选取方法。给出了一个虚拟领导者和三个机器人在三个拓扑图之间切换的实例,通过MATLAB仿真验证了该算法的有效性。