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龙图腾网获悉天津大学申请的专利一种基于数字孪生系统的四旋翼无人机避障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：CN119336064B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-05-01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：202411313330.6，技术领域涉及：G05D1/495；该发明授权一种基于数字孪生系统的四旋翼无人机避障方法是由杨洪玖;孙绍鹏;李鹏;赵苓设计研发完成，并于2024-09-20向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于数字孪生系统的四旋翼无人机避障方法在说明书摘要公布了：一种基于数字孪生系统的四旋翼无人机避障方法，包括以下步骤：步骤1：建立无人机数字孪生系统；步骤2：在物理空间设计基于模型预测控制的前馈‑反馈控制策略；步骤3：在虚拟空间设计并部署离线轨迹规划框架；本发明在建立无人机数字孪生系统的基础上通过轨迹规划框架和前馈‑反馈控制策略的设计，提高了无人机轨迹规划质量和运动控制精度。

本发明授权一种基于数字孪生系统的四旋翼无人机避障方法在权利要求书中公布了：1.一种基于数字孪生系统的四旋翼无人机避障方法，包括以下步骤： 步骤1：建立无人机数字孪生系统； 步骤2：在物理空间设计基于模型预测控制的前馈-反馈控制策略； 步骤3：在虚拟空间设计并部署离线轨迹规划框架； 所述在物理空间设计基于模型预测控制的前馈-反馈控制策略，具体如下： 首先根据牛顿第二定律、欧拉方程对于虚拟无人机进行建模分析，虚拟无人机的动力学模型如下： 其中，、、为虚拟无人机在空间中的位置；、、为虚拟无人机绕地面坐标系坐标轴、、转动的转动角速度；、、为虚拟无人机绕轴转动的转动惯量；是虚拟无人机质量；是重力加速度；、、、为控制量输入； 四旋翼模型分为位置环系统和姿态环系统；姿态环系统采用串级PID控制器实现，接收所需的推力、滚转和俯仰命令，并计算对四个电机的控制命令；姿态控制器的期望横滚角和俯仰角表示为： 其中，和是期望横滚角和俯仰角，和分别表示和方向的控制输入；以方向为例进行分析，跟踪误差表示如下： 其中，是参考位置，为实时位置，为位置跟踪误差，为速度跟踪误差；跟踪误差系统表示如下： 另外，令跟踪误差向量为，X方向上的状态向量为，以为采样周期；虚拟无人机在方向离散化后的跟踪误差系统如下： 其中和分别表示虚拟无人机在采样时间的跟踪误差和控制输入；同样，物理无人机在X方向上的离散跟踪误差系统如下： 其中和分别表示物理无人机在采样时间的跟踪误差和控制输入；在得到虚拟无人机的跟踪误差系统后，针对该系统设计模型预测控制器，终端控制器被设计为： 其中为反馈权重系数，给出圆形终端集： 其中为终端集的半径，令为预测时域，其中表示预测步长；对于虚拟无人机的跟踪误差系统，给出代价函数为： 其中为状态代价函数，为终端状态函数；是三个正定矩阵；对于，优化问题被设计为： 最优代价函数为： 求解优化问题后只在第一个采样周期内应用第一个控制量，在下一个采样周期开始重复该过程，实现滚动优化；实体无人机的模型预测控制器设计与虚拟无人机一致，令，，其中分别是虚拟无人机和实体无人机的控制输入；被储存在数据存储单元中，反馈控制输入由实体无人机的模型预测控制器在线获取；前馈控制输入被表示为： 其中表示前馈增益，令为反馈增益，如果有，则前馈-反馈控制输入被归一化；将虚拟无人机MPC的控制输出作为实体无人机的前馈输入，基于数字孪生的前馈-反馈控制策略被构建，为MPC提供先验知识以提高求解速度。

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