[发明专利]无人机吊挂飞行运输系统的减摆轨迹在线规划方法

权利要求书

1.一种无人机吊挂飞行运输系统的减摆轨迹在线规划方法，其特征是，步骤如下：

1)建立四旋翼无人机吊挂飞行系统的动力学模型：

采用四旋翼无人机吊挂飞行系统二维平面模型的动力学模型，表达式为下式：

式(1)中各变量定义如下：表示系统的状态向量，其中，y(t)是无人机Y方向位移，z(t)是无人机Z方向位移，θ(t)是吊挂负载与机体竖直方向的夹角，分别表示系统的惯性矩阵，向心力矩阵，重力向量及螺旋桨升力向量。此外，在式(1)中，的表达式为：

的表达式为：

的表达式为：

的表达式为：

在式(2)-式(5)中，m_q,m_p分别是四旋翼无人机和吊挂负载的质量，l是吊绳长度，g是重力加速度，u_y,u_z分别表示在Y，Z方向的控制输入大小；

从式(1)中容易看出无人机的位置y(t),z(t)是可驱动量，因为存在直接输入力u_y,u_z，根据式(1)中最后一行得：

负载一直位于四旋翼无人机下方，因此负载摆角θ(t)满足

2)设计无人机的期望轨迹：

无人机的期望轨迹的加速的表示为：

其中，分别是Y，Z方向最终期望轨迹的加速度，表示Y，Z方向期望轨迹中定位部分的加速度，表示Y，Z方向期望轨迹中减摆部分的加速度，

首先需要设计和成立，考虑非负函数

对式(9)求导，并将式(6)代入，得到

设计为

其中k∈R⁺是正常数。将式(11)代入式(10)，可得根据拉塞尔不变集原理，得θ(t),

定位部分的轨迹y_t(t),z_t(t)需满足以下条件：

(1)定位部分轨迹y_t(t),z_t(t)应在有限时间内收敛到目标位置p_ty,p_tz，表示为

(2)和应满足

其中k_vy,k_ay,k_jy,k_vz,k_az,k_jz∈R⁺为上下界；

(3)y_t(t),和z_t(t),的初始值设为

另外，将式(11)代入式(8)中，并结合式(14)进行两次对时间的积分，得