近些年来,随着现代控制技术的不断发展,四旋翼飞行器越来越多地融入到了人们的生活中。由于四旋翼飞行器能够垂直起降,自主悬停,具有结构简单,控制灵活等特点,在军事和民用等领域得到了广泛的应用。然而单架四旋翼飞行器由于体积和载荷的限制,带负载能力不强,信息处理能力有限,四旋翼飞行器采用编队飞行能够完成单机无法完成的任务,具有突出的优势。目前大部分的四旋翼飞行器编队控制仍处于理论研究阶段,因此急需开展相关的理论和实验研究。本文选取四旋翼飞行器为研究对象,致力于搭建四旋翼飞行器编队控制实验系统,同时实现可拓展性和移植的软件系统,旨在为四旋翼飞行器的编队控制等研究提供可靠的实验平台。本文的主要工作如下:首先,从编队控制系统需求分析和设计目标的角度出发,完成了整个系统的功能设计,根据功能的不同将系统分为5个子系统,不同子系统间通过通信设备实现信息交互。为了使编队控制实验系统具有灵活性和可拓展性,本文选择了两种原理和适用范围不同的定位设备以及两款参数和运动性能不同的四旋翼飞行器平台,并且基于ROS设计了分层的软件结构,完成了系统的软硬件平台的设计和实现。其次,本文将四旋翼飞行器看成刚体,基于牛顿-欧拉法,在不考虑干扰的条件下建立四旋翼飞行器的动力学模型。利用经典的PID控制算法给出了四旋翼飞行器位置和姿态控制器的设计,在此基础上,提出了一种基于前馈速度补偿的轨迹跟踪控制器,并在编队控制实验系统进行了实际飞行验证,实现了单架四旋翼飞行器稳定的控制。最后,本文进行了四旋翼飞行器自主编队的具体实验验证。利用非线性变换将建立的动力学模型转化为双积分器模型,分别设计了集中式和分布式编队控制器。由于超宽带定位系统定位有偏差,四旋翼飞行速度难以准确实时测量,本文设计了降维状态观测器实现速度估计。借助ROS实现了编队算法并进行物理实验,通过仿真和实验验证了平台和算法的可行性。