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龍圖騰網獲悉青島理工大學申請的專利一種四旋翼懸掛有效載荷系統的最優軌跡規劃方法獲國家發明授權專利權，本發明授權專利權由國家知識產權局授予，授權公告號為：CN120276484B 。

龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-12發布的發明授權授權公告中獲悉：該發明授權的專利申請號/專利號為：202510732571.2，技術領域涉及：G05D1/495；該發明授權一種四旋翼懸掛有效載荷系統的最優軌跡規劃方法是由張棟;孫金龍;牟凌志;陳澤鴻;王顥錕設計研發完成，并于2025-06-04向國家知識產權局提交的專利申請。

本一種四旋翼懸掛有效載荷系統的最優軌跡規劃方法在說明書摘要公布了：本發明涉及四旋翼控制領域，公開了一種四旋翼懸掛有效載荷系統的最優軌跡規劃方法，包括如下步驟：建立四旋翼懸掛有效載荷系統動力學模型；針對所建模型中未知的集總擾動，通過預定義時間非線性擾動觀測器對集總擾動進行估計，得到補償后的名義模型；基于四旋翼的實時位置，在其搭載的傳感器的檢測范圍內采用動態窗口粒子群優化算法最小化關于路徑點的代價函數，找到初始最優軌跡；將補償后的名義模型作為新的預測模型，將初始最優軌跡作為參考軌跡，使用非線性模型預測控制來最小化成本函數，從而獲得滿足系統約束的預測軌跡。本發明所公開的方法可以提高負載運輸可靠性和穩定性，有效保證了控制精度。

本發明授權一種四旋翼懸掛有效載荷系統的最優軌跡規劃方法在權利要求書中公布了：1.一種四旋翼懸掛有效載荷系統的最優軌跡規劃方法，其特征在于，包括如下步驟： S1、系統建模：建立四旋翼懸掛有效載荷系統動力學模型； S2、擾動補償：針對所建模型中未知的集總擾動，通過預定義時間非線性擾動觀測器對集總擾動進行估計，得到補償后的名義模型； S3、軌跡規劃：基于四旋翼的實時位置，在其搭載的傳感器的檢測范圍內采用動態窗口粒子群優化算法最小化關于路徑點的代價函數，找到初始最優軌跡； S4、最優控制：將補償后的名義模型作為新的預測模型，將初始最優軌跡作為參考軌跡，使用非線性模型預測控制來最小化成本函數，從而獲得滿足系統約束的預測軌跡； 步驟S2的具體方法如下： 首先，將四旋翼懸掛有效載荷系統動力學模型改寫為如下表達式： 式中，X＝[ξT,ηT,μT]T為系統的可測狀態向量，為狀態向量X的一階導數，U為系統的控制輸入向量，C為對角矩陣，D為集總擾動向量；FX與GX為關于狀態向量X的非線性光滑函數； 然后，引入一個新的狀態變量Ξ及輔助動態系統如下： 其中，為Ξ的一階導數，Π＝X-Ξ表示兩狀態變量的差值，Γ為系數矩陣； 最后，將預定義時間非線性擾動觀測器設計如下： 其中，為Π的估計，和分別為Π和的一階導數；為李雅普諾夫函數， 為集總擾動向量D的估計值；Υ∈0,1為常數，T為預定義時間； 通過基于李雅普諾夫函數的穩定性分析可知，觀測誤差將在時間上界內收斂到0； 最后，定義系統狀態向量為 分別表示ξ，η和μ的一階導數；重新定義控制輸入向量u＝U，采用預定義時間非線性擾動觀測器在線估計集總擾動向量d＝D，得到的補償后的名義模型如下： 其中，表示狀態向量x的一階導數，表示集總擾動向量d的估計值，f表示描述系統動態的非線性函數； 步驟S4的具體方法如下： 采用多重射擊技術將連續時間最優控制問題轉化為離散優化問題，使用顯式歐拉法以采樣周期Ts進行數值積分，得到離散預測模型xk，uk，為k時刻的狀態向量、控制輸入向量和集總擾動向量的估計值；F表示描述離散化系統動態的非線性函數；在時刻k和預測時域N內，構建如下非線性規劃問題，即最小化成本函數： 其中， 分別表示預測時域內狀態向量和控制輸入向量的集合； 第一項Jxxi為軌跡跟蹤項，定義如下： 其中，ξk+i|k、ηk+i|k、分別表示k+i時刻四旋翼的位置、速度、姿態角和姿態角速度；μk+i|k，表示有效載荷的擺動角和擺動角速度；為在k+i時刻的參考位置，上標r表示“參考”，由軌跡規劃模塊生成；分別為關于四旋翼位置、四旋翼速度、四旋翼姿態角、四旋翼姿態角速度、有效載荷擺角和有效載荷擺動角速度的權重矩陣；符號表示向量m關于矩陣h的加權平方范數； 第二項Juui為控制平滑項，如下所示： 其中，uk+i|k為四旋翼在時刻k+i的控制輸入向量；為在時刻k+i參考控制輸入向量，上標r表示“參考”，定義為懸停狀態的控制輸入向量；uk+i-1|k為四旋翼在時刻k+i-1的控制輸入向量；分別為關于控制輸入向量和控制平滑性的權重矩陣； 第三項Joxi為主動避障項，包含四旋翼避障成本和有效載荷避障成本： 其中，為四旋翼傳感器檢測范圍內的障礙物的集合；σq和σp為關于四旋翼和有效載荷的平滑度參數；dq,a為四旋翼到障礙物Oa的歐幾里得距離，dp,b為有效載荷到障礙物Ob的歐幾里得距離；下標a,b表示障礙物的標識符，當a和b相等時，表示四旋翼和有效載荷受到同一障礙物的影響；rq和rp分別為四旋翼和有效載荷的避障半徑； 第四項JfxN為終端成本函數，確保預測時域末端狀態收斂。

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