一、基本信息

1.单位：厦门理工学院

2.期刊索引情况：SCI

3.影响因子：2.2

4.期刊：International Journal of Dynamics and Control

二、研究背景

四旋翼无人机吊挂系统在除冰作业过程中，风场扰动和机械碰撞会引入扰动，导致无人机位姿控制精度下降，甚至影响任务安全。传统基于牛顿-欧拉方法的动力学建模需分别建立位置和姿态模型，依赖欧拉角或四元数等参数化描述，不仅计算复杂，还易受奇异性和参数冗余问题影响，难以满足高动态扰动环境下的实时控制需求。此外，现有无人机传统滑模控制在强扰动下易出现高频抖振，影响执行机构寿命，且依赖精确的扰动上界信息，控制效果不够理想。

不确定性碰撞过程

三、内容简介

提出了一种考虑除冰碰撞的基于扭量理论的四旋翼无人机吊挂系统位姿一体化建模与模糊滑模控制方法。针对风场扰动和碰撞扰动导致的系统响应延迟与控制精度不足问题，所提出的扭量模型实现了平动与旋转运动的统一描述，避免了传统对偶四元数方法的归一化约束与参数冗余问题。通过构建扭量框架下的模糊滑模控制器，结合李雅普诺夫理论与拉萨尔不变性原理，有效保证了系统在复杂扰动下的稳定性与自适应性，提升了无人机吊挂系统碰撞除冰作业中的抗干扰能力与控制性能。

四、创新价值
       1.创新内容
       1）基于扭量的无人机吊挂系统建模方法：提出一种统一描述无人机位置与姿态的扭量动力学模型，避免了传统方法中的单位归一化约束和参数冗余问题，提高了计算效率和模型精度。

2）扭量框架下的模糊滑模控制设计：设计基于扭量的位姿一体化模糊控制器，能够实时调整滑模控制器参数，能够有效抑制抖振的同时提高了控制性能。

2.工程应用价值
       1）抗扰能力增强：所提方法显著提升了无人机在风场和除冰碰撞等复杂扰动下的稳定性，保障了除冰作业的安全性和可靠性。

2）控制精度优化：控制精度优化：模糊滑模控制器在位姿一体化控制中表现出色，相比传统方法有更优的抗扰性能的同时抑制了抖振，提高了无人机对负载的精准操控能力。

3）技术普适性高：扭量建模与模糊滑模控制框架不仅适用于四旋翼无人机吊挂系统，还可推广至其他多旋翼飞行器等需要位姿一体化控制的领域，具有广泛的工程应用前景。

五、灵思创奇设备科研价值

1.四旋翼无人机吊挂系统硬件在环仿真平台搭建

构建了基于扭量理论的无人机动力学仿真模型，并集成实际飞控硬件，实现了对真实作业环境下机械碰撞和风扰的物理模拟。

风洞试验装置中的无人机悬挂系统

2.机载IMU姿态数据的读取，作为转换模块的输入

通过集成高精度IMU等测量系统，实现了飞行状态数据的实时采集，为扭量模型提供了精确的状态输入。

3.模糊滑模控制器的实验验证

在基于灵思创奇设备上对提出的模糊滑模控制器进行了系统验证。通过对比PD控制器和传统滑模控制器的测试数据，证实了该控制器在抗干扰性、响应速度和稳定性方面的优势，为实际工程应用提供了重要参考依据。

实验硬件