[发明专利]面向拉力优化和动态过程设计的双无人机吊运系统载荷重分配方法

权利要求书

1.面向拉力优化和动态过程设计的双无人机吊运系统载荷重分配方法，其功能在于重新调整两架无人机载荷分配，即确定每架无人机承担的负载重量，而拉力的竖直方向分量与负载重力平衡，因而可以通过拉力之间的关系来表征系统的载荷分配；其特征在于，包括以下步骤：

第1、基于能量优化构造绳子拉力优化指标，具体地，选取两根吊绳的拉力平方之和作为优化指标，通过最小化优化指标进而得到期望的绳子拉力大小以及方向，优化函数的具体形式如下：

s.t.:T_1eξ_1e+T_2eξ_2e＝m₀ge₃

T_1e＝ηT_2e

d_s-d_12e≤0

其中，T_ieξ_ie表示两根吊绳的最终拉力；η为正数，反映两架无人机载荷能力的关系；m₀表示负载的质量，e₃＝[0,0,1]表示单位向量， d_12e表示两架无人机处于最终状态时的距离，d_s表示两架无人机之间的安全距离；

第2、根据给定的负载位置同时结合绳子拉力大小以及方向，计算得到期望的无人机位置，将无人机、负载位置以及绳子拉力大小方向记为无人机吊运系统的状态；利用微分平坦特性建立系统从初始状态到达目标状态的动态过程轨迹优化函数，该优化函数的具体表述形式如下：

其中，表示负载轨迹，表示绳子拉力T₂ξ₂在飞行时间t_f内的动态变化过程，μ_p,μ_T表示无量纲的常量；

第3、基于二分法计算可行飞行时间，求解载荷分配动态过程轨迹，即系统从初始状态到达目标状态的整个过程中状态量的动态变化过程；

第4、在动态过程轨迹的引导下，完成载荷重分配目标，也就是绳子拉力大小以及方向均满足期望要求。

2.如权利要求1所述的面向拉力优化和动态过程设计的双无人机吊运系统载荷重分配方法，其特征在于，基于上述四个步骤在给定时间内完成载荷重分配，保证动态过程平稳，同时需要满足三个基本约束：1)任务约束；2)安全约束；3)驱动器约束；所述基本约束可量化表达为：

1)任务约束：负载以及无人机在给定飞行时间t_f内，从初始位置到达期望位置：

γ(0)＝p_0s,γ(t_f)＝p_0e

χ₁(0)＝p_1s,χ₁(t_f)＝p_1e

χ₂(0)＝p_2s,χ₂(t_f)＝p_2e

其中，表示负载轨迹，表示第i架无人机的轨迹，p_0s,p_0e表示负载的初始位置和期望位置，p_is,p_ie表示第i架无人机的初始位置和期望位置；

2)安全约束：每架无人机在飞行过程中不发生碰撞：

||χ₁(t)-χ₂(t)||≥d_s

其中，d_s表示无人机间的安全距离；

3)驱动器约束：χ_i(t)是动力学意义上可行的，即每条轨迹能够在有界误差下被所对应的无人机跟踪：

其中，v_imax,a_imax分别表示无人机的速度、加速度约束。