作为旋翼式无人机中较为典型的一种,四旋翼无人机因其具有的结构简单、垂直起降、定点悬停和成本低廉等优势广泛应用于各个领域。通过在四旋翼无人机正下方吊挂负载,借助四旋翼无人机的位移运动达到运输负载目的,是四旋翼无人机重要的应用方向之一。四旋翼无人机本身就是一个具有欠驱动特性的非线性系统,吊挂负载的引入增加了整个系统的自由度,随之带来系统的欠驱动程度和强耦合程度均上升。另外,吊挂负载的摆动运动会对四旋翼无人机的稳定性造成较大的影响。因此,关于四旋翼无人机吊挂系统的控制研究近年来受到了相关科研机构的关注。本文主要研究了四旋翼无人机吊挂系统的自适应控制策略,以及对四旋翼无人机运动轨迹的在线规划。然后对所提出的控制策略进行了相应的稳定性分析,并在飞行实验平台上验证了所设计控制律和期望轨迹的有效性和鲁棒性。本文完成的主要研究工作包括以下三方面:一、对于一类四旋翼无人机吊挂系统,综合考虑了纵向通道和高度通道动力学特性,在存在欠驱动特性以及未知系统参数的约束下,设计了一种基于能量法的二维非线性控制策略,实现了对无人机位置的精确控制和飞行过程中负载摆动的快速抑制。并采用基于Lyapunov方法的稳定性分析证明了闭环系统的稳定性,位置误差的收敛及摆动的抑制。实验结果表明本文提出的控制策略取得了较好的控制效果。二、对于一类四旋翼无人机吊挂系统,综合考虑了三维动力学特性,针对所受空气阻尼力系数及负载质量均为未知值的情况下,设计了一种自适应减摆控制器,并提出了参数在线更新律,可以实现对负载质量的精确估计。然后,采用基于Lyapunov方法的稳定性分析证明了闭环系统的稳定性。最后,通过四组对比飞行实验,验证了所提控制器相比LQR(Linear Quadratic Regulator)控制器具有的良好控制性能,以及对外界摆动干扰和负载质量的鲁棒性。三、针对同时实现无人机位置的准确控制和负载摆角的快速抑制这一控制目标,从在线实时规划无人机运动轨迹的角度出发,提出了一种三维期望轨迹生成策略。无人机的期望轨迹包含两部分,分别是定位部分和减摆部分。其中,定位部分负责引导无人机到达目标位置,减摆部分则抑制负载摆角的振荡。之后采用基于Lyapunov理论对系统稳定性进行证明。最后进行了数值仿真和实验验证,验证所提轨迹生成方法的稳定性和有效性。