多智能体悬吊载荷的空中运输控制

本文研究使用多架无人机（UAVs）的空中缆索悬吊载荷运输控制问题。首先，采用牛顿-欧拉 formalism 推导了由“n”架UAV运输一个载荷的耦合系统动力学模型，其中缆索假定为刚性且无质量。控制问题被表述为直接对载荷进行轨迹跟踪。为此，提出了一种基于吸引椭球法的分层控制方案：先计算虚拟控制器以跟踪载荷位置，由此估计每架飞行器的期望位置及其期望缆索张力，并用于计算各飞行器位置的虚拟控制器。这导致一个欠定系统，其中有无穷多种无人机配置满足期望载荷位置，因而可施加额外约束以获得唯一解。进而，该信息被用于计算飞行器的姿态参考，并输入基于四元数的姿态控制器。利用类能量函数进行的稳定性分析证明了系统的实际稳定性，即所有误差信号被吸引并包含于一个不变集中。因此，所提方案保证在给定良置初始条件下，闭环系统以有界误差实现对载荷期望位置的轨迹跟踪。所提控制策略在三个智能体跟踪载荷平滑期望轨迹的数值仿真中得到评估，表现出良好性能。