具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的主要贡献如下：先是设计了多无人飞行器吊装搬运有效载荷的分布式控制系统，然后该控制系统中加入了基于能量法的干扰检测机制，最后利用能量补偿机制在控制律中进行干扰补偿。

具体而言，首先基于牛顿第二定律和拉格朗日—欧拉法建立了分布式的多无人飞行器搬运载荷系统的动力学方程；然后基于能量法设计了干扰检测机制，可以在干扰输入系统的时候及时判断并进行估算干扰注入系统的能量；最后在无人飞行器的控制律中进行了补偿来消耗干扰带来的能量，这样可以确保多无人飞行器在运输物资的时候保持稳定的构型跟踪预定轨迹，到达目标点后进行物资投放。

1)建立多无人飞行器协同搬运系统的运动学和动力学模型：

首先描述了多四旋翼绳系运输系统的动力学模型。有效载荷被视为刚体。四旋翼飞行器的附着点和有效载荷的附着点之间的距离受到绳索长度的限制。

||q_i-q_L||≤l_i (1)

其中q_i是无人飞行器在世界框架中的位置；q_L是有效载荷在世界坐标系中的位置；l_i代表绳的长度。图1描述了带有吊索有效载荷的多个四旋翼飞行器的运输系统。

根据拉格朗日-欧拉方法，具有扰动的绳系多四旋翼运输系统的动力学方程如下:

其中式(2)中的第一个和第二个方程分别表示四旋翼飞行器位置环和姿态环中的动力学方程；第三个方程表示有效载荷的动力学方程。

四旋翼飞行器相对于世界坐标系的姿态表示为四旋翼飞行器体坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵为R(η_i)，关于M(η_i),R(η_i),的具体描述见下公式

M(η_i)＝Ψ(η_i)^TJ_iΨ(η_i) (3)

Ψ(η_i)是从欧拉角的时间导数到角速度的映射，具体定义如下：

简写s_φ,c_φ代表sinφ,cosφ。

2)设计姿态环和位置环的分布式控制器：

当多无人飞行器进行协同搬运有效载荷时，无人飞行器有分散性控制能力，所以无人飞行器之间应该具有一定的信息交流与共享，即无人飞行器内部存在一定的通信关系。无人飞行器之间的稳定的构型是多无人飞行器搬运有效载荷任务成功与否的关键。

通信网络结构图被用来表示各无人飞行器之间的信息交流和共享的相互关系。系统内的各架无人飞行器是通信网络图中的节点，无人飞行器间的信息共享关系则是通信网络图中的边。无人飞行器的通信系统构成了一个通信网络图G，该图是一个无向图，节点V表示协同的无人飞行器，E表示无人飞行器之间的通信关系，{v,v}表示无人飞行器和无人飞行器之间的信息传输，箭头的指向时信息的传输方向，如图2所示即为多无人飞行器的通信拓扑图。

首先定义协同误差

式中i,j表示不同的无人飞行器，N表示无人飞行器的数量，a_ij,b_i式给定的常数，r_ij表示无人飞行器之间的构型。选择以下滑模面并基于以上模型设计一个系统的二阶滑模控制器

其中k₁,k₂,k₃都是给定的常数，sat(.)是一个饱和函数：

3)设计基于能量的干扰检测机制：

现在考虑一般机械系统的方程：

其中，M(q)和分别是惯性矩阵和科里奥利矩阵，U(t)和D(t)分别是控制输入和扰动。G(q)和μ有如下的关系：

等式两边同时乘以并与相加，得到以下方程：

对上式进行积分得到

其中，是动能，是干扰注入系统的能量。受干扰主要是载荷，所以动能和势能的影响可以被忽略。

本发明提出的方法试图监测扰动引入的任何能量，因此引入能量检测机制来估计外部干扰注入的能量。这部分能量必须被耗散掉才能保持系统的稳定，而控制输入既能控制四旋翼的输入，又能完成耗散能量的任务。无人飞行器在不受干扰的情况下可以稳定飞行，无人飞行器的能量输入曲线是斜率基本不变的对角线。当无人飞行器的输入能量突然增加时，可以检测到干扰施加到系统内。

给出四旋翼飞行器的能量输入的定义：

如果没有干扰，是一条斜率基本不变的斜线，如果有干扰施加到系统的时候，会出现陡增的现象，基于以上原理定义了一个增益因子：

其中，ò是一个大于0的常数，可避免局部过大，0＜μ＜1是一个使逐渐衰减的常数。

4)能量补偿机制进行干扰补偿：

控制器可以消耗干扰注入系统的能量，而可以衡量干扰注入系统能量的多少，所以本发明再控制器中减去和速度的乘积，所以得到了以下控制器：

以上内容阐述了物资投送的多无人飞行器协同绳系吊装稳定控制的具体方法，设计了一个能够保持稳定队形的分布式滑模控制器，还设计了一个干扰检测机制和能量补偿机制，将注入系统的干扰实时的进行补偿，时刻保持系统的稳定，以便多无人飞行器稳定的运输物资。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上做出的任何改动，均落入本发明的权利要求书的保护范围之内。