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龙图腾网获悉青岛理工大学申请的专利一种四旋翼悬挂有效载荷系统的最优轨迹规划方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120276484B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-12发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510732571.2，技术领域涉及：G05D1/495；该发明授权一种四旋翼悬挂有效载荷系统的最优轨迹规划方法是由张栋;孙金龙;牟凌志;陈泽鸿;王颢锟设计研发完成，并于2025-06-04向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种四旋翼悬挂有效载荷系统的最优轨迹规划方法在说明书摘要公布了：本发明涉及四旋翼控制领域，公开了一种四旋翼悬挂有效载荷系统的最优轨迹规划方法，包括如下步骤：建立四旋翼悬挂有效载荷系统动力学模型；针对所建模型中未知的集总扰动，通过预定义时间非线性扰动观测器对集总扰动进行估计，得到补偿后的名义模型；基于四旋翼的实时位置，在其搭载的传感器的检测范围内采用动态窗口粒子群优化算法最小化关于路径点的代价函数，找到初始最优轨迹；将补偿后的名义模型作为新的预测模型，将初始最优轨迹作为参考轨迹，使用非线性模型预测控制来最小化成本函数，从而获得满足系统约束的预测轨迹。本发明所公开的方法可以提高负载运输可靠性和稳定性，有效保证了控制精度。

本发明授权一种四旋翼悬挂有效载荷系统的最优轨迹规划方法在权利要求书中公布了：1.一种四旋翼悬挂有效载荷系统的最优轨迹规划方法，其特征在于，包括如下步骤： S1、系统建模：建立四旋翼悬挂有效载荷系统动力学模型； S2、扰动补偿：针对所建模型中未知的集总扰动，通过预定义时间非线性扰动观测器对集总扰动进行估计，得到补偿后的名义模型； S3、轨迹规划：基于四旋翼的实时位置，在其搭载的传感器的检测范围内采用动态窗口粒子群优化算法最小化关于路径点的代价函数，找到初始最优轨迹； S4、最优控制：将补偿后的名义模型作为新的预测模型，将初始最优轨迹作为参考轨迹，使用非线性模型预测控制来最小化成本函数，从而获得满足系统约束的预测轨迹； 步骤S2的具体方法如下： 首先，将四旋翼悬挂有效载荷系统动力学模型改写为如下表达式： 式中，X＝[ξT,ηT,μT]T为系统的可测状态向量，为状态向量X的一阶导数，U为系统的控制输入向量，C为对角矩阵，D为集总扰动向量；FX与GX为关于状态向量X的非线性光滑函数； 然后，引入一个新的状态变量Ξ及辅助动态系统如下： 其中，为Ξ的一阶导数，Π＝X-Ξ表示两状态变量的差值，Γ为系数矩阵； 最后，将预定义时间非线性扰动观测器设计如下： 其中，为Π的估计，和分别为Π和的一阶导数；为李雅普诺夫函数， 为集总扰动向量D的估计值；Υ∈0,1为常数，T为预定义时间； 通过基于李雅普诺夫函数的稳定性分析可知，观测误差将在时间上界内收敛到0； 最后，定义系统状态向量为 分别表示ξ，η和μ的一阶导数；重新定义控制输入向量u＝U，采用预定义时间非线性扰动观测器在线估计集总扰动向量d＝D，得到的补偿后的名义模型如下： 其中，表示状态向量x的一阶导数，表示集总扰动向量d的估计值，f表示描述系统动态的非线性函数； 步骤S4的具体方法如下： 采用多重射击技术将连续时间最优控制问题转化为离散优化问题，使用显式欧拉法以采样周期Ts进行数值积分，得到离散预测模型xk，uk，为k时刻的状态向量、控制输入向量和集总扰动向量的估计值；F表示描述离散化系统动态的非线性函数；在时刻k和预测时域N内，构建如下非线性规划问题，即最小化成本函数： 其中， 分别表示预测时域内状态向量和控制输入向量的集合； 第一项Jxxi为轨迹跟踪项，定义如下： 其中，ξk+i|k、ηk+i|k、分别表示k+i时刻四旋翼的位置、速度、姿态角和姿态角速度；μk+i|k，表示有效载荷的摆动角和摆动角速度；为在k+i时刻的参考位置，上标r表示“参考”，由轨迹规划模块生成；分别为关于四旋翼位置、四旋翼速度、四旋翼姿态角、四旋翼姿态角速度、有效载荷摆角和有效载荷摆动角速度的权重矩阵；符号表示向量m关于矩阵h的加权平方范数； 第二项Juui为控制平滑项，如下所示： 其中，uk+i|k为四旋翼在时刻k+i的控制输入向量；为在时刻k+i参考控制输入向量，上标r表示“参考”，定义为悬停状态的控制输入向量；uk+i-1|k为四旋翼在时刻k+i-1的控制输入向量；分别为关于控制输入向量和控制平滑性的权重矩阵； 第三项Joxi为主动避障项，包含四旋翼避障成本和有效载荷避障成本： 其中，为四旋翼传感器检测范围内的障碍物的集合；σq和σp为关于四旋翼和有效载荷的平滑度参数；dq,a为四旋翼到障碍物Oa的欧几里得距离，dp,b为有效载荷到障碍物Ob的欧几里得距离；下标a,b表示障碍物的标识符，当a和b相等时，表示四旋翼和有效载荷受到同一障碍物的影响；rq和rp分别为四旋翼和有效载荷的避障半径； 第四项JfxN为终端成本函数，确保预测时域末端状态收敛。

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