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龙图腾网恭喜南京信息工程大学申请的专利基于优化LQR的四旋翼无人机微分平坦控制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：CN119828753B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-20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：202510322171.4，技术领域涉及：G05D1/495；该发明授权基于优化LQR的四旋翼无人机微分平坦控制方法是由杨天和;杨溢设计研发完成，并于2025-03-19向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于优化LQR的四旋翼无人机微分平坦控制方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于优化LQR的四旋翼无人机微分平坦控制方法，步骤包括：系统从规划端接收无人机的控制参考量，从实际环境中获取无人机的物理约束信息；基于LQR算法构建约束函数，限制控制指令加速度的最大值；添加约束条件，确定优化问题的可行解范围；根据实时计算的无人机推力余量限制加速度指令，在约束条件下求解最优加速度输出，在满足无人机的物理约束信息条件下，实现在复杂环境下无人机的控制目标。本发明方法，结合了参考目标和物理约束，以微分平坦控制性能出色并且算力开销较小的优点为基础，将NMPC的优化算法引入微分平坦控制器的加速度向量计算中，确保无人机在复杂环境中实现高效且安全的运动。

本发明授权基于优化LQR的四旋翼无人机微分平坦控制方法在权利要求书中公布了：1.一种基于优化LQR的四旋翼无人机微分平坦控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、数据采集：控制系统从规划端接收无人机的控制参考量，从实际环境中获取无人机的物理约束信息；构建四旋翼无人机的机体坐标系及旋转矩阵，并通过控制参考量计算无人机的期望加速度；步骤2、构建约束函数：控制系统结合控制参考量和物理约束生成无人机的控制指令，计算控制指令加速度；基于LQR算法构建约束函数，限制控制指令加速度的最大值；考虑重力加速度和空气阻力的影响，计算无人机控制指令加速度，表达式为： ；其中，为无人机的期望加速度；为控制参考量中的参考速度，表示四旋翼无人机受到沿负方向的重力加速度g的影响，表示旋转矩阵的转置，表示无人机飞行过程中的阻力系数；采用z-x-y顺序描述四旋翼的旋转，定义中间变量和，表达式为： ；其中，是从参考轨迹中得到的参考偏航角；在机体坐标系旋转矩阵中，无人机的机体坐标、和相互正交且均为单位向量，表达式为： ；无人机控制指令的旋转矩阵，表达式为： ；其中，表示由加速度和参考偏航角所计算得到的飞机姿态对应的三轴正交单位向量；基于LQR算法构建约束函数，方法如下：步骤2.1、选择三轴位置和速度作为状态变量，选择加速度作为输入变量，表达式为： ；其中，表示四旋翼无人机质心在世界坐标系下的位置变量，表示四旋翼无人机质心在世界坐标系下的速度变量，表示四旋翼无人机质心在世界坐标系下的加速度变量；分别表示约束函数的状态变量和优化变量；步骤2.2、建约束函数，将LQR优化描述为： ；其中，目标函数用于最小化状态成本和输入能量，表示预测时域，表示第时刻的状态变量，表示第时刻的优化变量，表示终端时刻的状态变量；下标Q、R表示矩阵和，矩阵和为对角矩阵，对角线元素表示分配给状态变量或输入的权重，权重值表明相应的状态或输入的收敛速度；的下标表示终端状况，矩阵为与终端状态相关的对角矩阵；步骤3、添加约束：添加无人机物理约束条件，确定优化问题的可行解范围；所述约束条件为实时的线性限制，包括路径规划中的避障约束、动力学模型的限制；步骤4、求解最优加速度：根据实时计算的无人机推力余量限制加速度指令，控制系统采用内点算法，求解得到符合无人机物理约束条件的实时最优加速度，将最优加速度传递给微分平坦控制器进行控制，输出期望姿态传递至飞控软件进行跟踪，实现在复杂环境下无人机的控制目标。

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