分布式多机器人协同控制由于其鲁棒性强、对通信带宽、计算资源和存储资源要求低、能控制的群体规模大等优点被越来越多地运用于军事、航天、教育、科技比赛等领域。本文研究的分布式环航编队控制属于分布式多机器人协同控制的范畴,它要求多机器人系统中机器人通过局部的信息交互,自主实现圆形编队并环绕目标运动。目前已有的大部分多机器人环航编队控制研究成果局限在仅考虑编队中的各机器人等间距分布的情况,而在异构多机器人系统中,由于机器人个体的差异性(如不同机器人的运动能力存在差异等),若编队中机器人能以任意期望的间距分布,则更有实际应用价值。本论文围绕任意间距的环航编队控制问题,针对编队间距、环航半径、通信时延等不同条件设计了编队控制算法。具体的研究内容和创新点如下:首先分析并设计了基本环航编队控制算法。针对给定的固定的环航半径、环航高度、环航角速度和期望编队间距等条件,利用图论、一致性理论和经典控制理论,设计了基本环航编队控制算法并证明了其稳定性;接着采用李雅普诺夫稳定性理论分析了编队间距控制算法的收敛性,并得出了其收敛速度与对应的拉普拉斯矩阵的特征值之间的关系。其次,在基本环航编队控制问题的基础上,分析并设计了动态环航编队变换的控制算法。考虑到给定固定的期望间距的局限性,如需要分配编队间距以及需要事先知道机器人的数量等,本论文提出了效能值的概念,基于效能值设计了环航编队控制算法。在不同的编队准则下,该算法使得多机器人系统能够根据机器人的效能值变化而动态调整机器人的编队间距,适应了实际应用中潜在的复杂情况。该控制算法不需要事先知道参与环航过程的机器人数量,也不需要由一个中心机器人来分配编队间距。研究了基于领航跟随法的一致性跟踪算法,使得多机器人系统的环航半径能够跟踪一个时变半径,实现了环航过程中机器人环航半径的动态变化。最后,分析并推导了存在时延条件下使环航编队依然稳定的最大容许时延。时延在实际应用中是不可避免的,因此考虑时延条件下的环航编队稳定性具有实际意义。先利用经典控制理论的稳定裕度求得最大容许时延,然后利用朗博W函数分析系统的极点分布情况,得到了相一致的最大容许时延。两种方法中前者的理论基础比较成熟,而后者能提供更多关于系统极点的信息,因此综合采用两种方法能对存在时延的环航编队控制问题有更加深入的了解。通过仿真实验和实物机器人编队控制实验验证了上述理论研究成果。仿真实验采用了Simulink仿真软件和Gazebo仿真软件,其中前者将机器人视为质点模型,可以简单快速地验证控制算法的稳定性,而后者采用了更加符合实际情况的ODE物理引擎,且使用了与实物机器人物理属性一致的仿真模型,还可以模拟现实情况中的信息噪声,因此可以比较准确地验证理论研究成果。最后,使用足球机器人开展了实物实验,进一步验证了环航编队控制算法的有效性。