四旋翼无人机作为一种成本低廉、机动性强并且能垂直起降的航空器,已在军用与民用领域发挥其越发重要的作用。一方面,高精度的轨迹跟踪性能是四旋翼无人机完成各种任务的关键保证;另一方面,随着任务需求的不断扩大,多架四旋翼无人机协同控制问题逐渐成为当下的研究热点。相较于单架四旋翼无人机,多架四旋翼无人机协同作业能够完成更为复杂的空中任务。然而四旋翼无人机具有非线性、强耦合和欠驱动的特性,飞行过程中易受外部干扰影响,这给四旋翼无人机的控制器设计带来巨大挑战。本文以“十”型四旋翼无人机作为研究对象,针对其抗干扰控制与多机协同控制两个主要问题开展一系列研究。首先,阐述了四旋翼无人机的发展现状,对目前所使用控制策略的优劣势进行了论述。详细介绍了四旋翼无人机的基本结构和飞行原理,并推导出其单机6自由度动力学模型以及领航-跟随结构下多机运动学模型,同时讨论了侧风干扰对四旋翼无人机的作用。为后续的控制器设计工作奠定基础。其次,针对侧风干扰下的四旋翼无人机轨迹跟踪控制问题,本文利用串级线性自抗扰控制方法依次设计了四旋翼的位置与姿态控制器,赫尔维茨稳定性判据证明了四旋翼无人机控制系统的闭环稳定。并通过教与学算法对控制器参数进行整定优化。控制策略保证四旋翼在受到侧风干扰的情况下,各状态变量能够快速跟踪上期望值。然后,针对外部干扰下四旋翼多机协同控制问题,本文采用模型参考自适应方法设计了多机协同控制器,使得四旋翼无人机集群能够克服外部干扰,保持固定队型协同飞行。对于干扰随时间变化的情况,结合干扰观测器方法以抑制时变干扰的影响。通过选取恰当的李雅普诺夫函数保证控制策略的稳定性。最后,基于课题组现有实验设备条件,在加拿大Quanser自主多智能体平台上验证所设计控制器的实用性,依次开展了四旋翼单机轨迹和多机协同编队飞行实验。实验结果表明所提控制策略达到了预期目标,在实际系统上具有一定工程价值。