1.一种四旋翼变绳长吊挂系统的路径规划与减摆控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，建立四旋翼的数学模型和所吊挂负载的摆动模型；步骤二，基于所建立的模型，对四旋翼和负载的初始状态、结束状态，以及负载的摆动角度和摆动速度进行约束，利用5阶参数未知的三角样条曲线和4阶参数未知的三角样条曲线对四旋翼和负载的期望位置进行参数化，根据初始状态和结束状态的约束条件计算三角样条曲线的参数，得到满足状态约束的规划路径；步骤三，根据得到的规划路径，利用负载的摆角与规划路径之间的关系，利用二分法求出满足摆动角度和摆动速度约束条件的最小运输时间；步骤四，采用基于积分反步的串级控制方法，外环控制四旋翼的水平位置，内环控制四旋翼的姿态和高度，通过跟踪所规划的路径，实现了负载的精确定位和负载的摆动角度抑制，在最短的时间内将负载送达预定位置；步骤一的具体方法如下：(1)首先建立坐标系，包括惯性坐标系{I}＝{X I ,Y I ,Z I }，四旋翼固定坐标系{B}＝{X B ,Y B ,Z B }和负载坐标系{H}＝{X H ,Y H ,Z H }，并假设负载坐标系原点与四旋翼固定坐标系重合，方向始终与惯性坐标系平行，所有坐标系的方向都遵循右手定则；(2)建立四旋翼的数学模型：其中，ω x ，ω y ，ω z 为四旋翼在x，y，z轴的姿态角速度， 为四旋翼在x，y，z轴的姿态角加速度，J x ，J y ，J z 为四旋翼在x，y，z轴的转动惯量，J r 为整个电机转子和螺旋桨绕转轴的总转动惯量，Ω r 为螺旋桨角速度的矢量和，d为电机中心到四旋翼中心的距离， 为四旋翼在x，y，z方向上的加速度，欧拉角Θ＝[φ,θ,ψ] T 表示四旋翼的滚转角，俯仰角和偏航角，U 1 ,U 2 ,U 3 ,U 4 为输入控制量，f ox ,f oy ,f oz 为吊绳对四旋翼的拉力在坐标轴方向上的分量，M为四旋翼的质量，g为重力加速度；(3)建立负载的摆动模型：将负载看作一个运动的质点，将其摆角分解为投影到两个平面内与竖直方向的夹角，其中，α为吊绳在X H O H Z H 平面内的投影与竖直方向的夹角，β为吊绳在Y H O H Z H 平面内的投影与竖直方向的夹角；此外，吊绳长度的变化被认为是均匀的，即其一阶导数是一个常数，其二阶导数为零；空间中，负载在惯性坐标系下的位置表示为：其中， 为负载在惯性坐标系下的位置， 为四旋翼在惯性坐标系下的位置， 为负载在负载坐标系中的位置，R P 为负载坐标系到惯性坐标系的旋转矩阵，其具体形式为Rot(α),Rot(β)分别表示在负载坐标系中，负载围绕X H 轴转β度和围绕Y H 转α度的旋转矩阵；将公式(3)带入到公式(2)中后，最终负载在惯性坐标系下的位置表示为其中，s i ＝sin(i),c i ＝cos(i)，L表示吊绳的长度，(x，y，z)代表四旋翼在惯性坐标系下的位置；对公式(4)求二阶导数，可得其中， 表示负载在惯性坐标系x，y，z方向上的加速度， 为α的摆动速度， 为β的摆动速度， 为α的加速度， 为β的加速度， 为绳长变化率；设吊绳上的拉力为f，则在惯性坐标系下拉力f沿各轴的分量为[-fs α c β ,fs β ,-fc α c β ]；根据牛顿第二定律：其中，m为负载的质量；消去中间变量f，可得吊绳长度变化时负载的摆动模型为：步骤二的具体方法如下：设四旋翼的初始水平位置为x(0)＝x r0 ,y(0)＝y r0 ,负载的初始水平位置为x P (0)＝x r0 ，y P (0)＝y r0 ，经过时间T后四旋翼到达期望位置x(T)＝x r ,y(T)＝y r ，负载到达期望位置x P (T)＝x r ,y P (T)＝y r ；在初始状态时，控制整个吊挂系统处于静止状态，即初始时刻的状态约束：在结束时刻，控制整个系统也处于静止状态，即结束时刻的状态约束：在运输过程中，对负载的摆角以及摆角的摆动速度进行约束，即摆角的状态约束：其中，α max 为摆角α的最大值， 为α的摆动速度， 为摆角α摆动速度的最大值，β max 为摆角β的最大值， 为β的摆动速度， 为摆角β摆动速度的最大值；选择5阶参数未知的三角样条曲线和4阶参数未知的三角样条曲线对负载和四旋翼的期望位置进行参数化：其中，τ 1 ＝πt/(2T)，0≤t≤T，a 0 ～a 5 ，b 1 ～b 4 ，m 0 ～m 5 ，n 1 ～n 4 均为待定参数；其中，τ 2 ＝πt/T，0≤t≤T，p 0 ～p 4 ，r 0 ～r 4 q 1 ～q 3 ，s 1 ～s 3 均为待定参数；结合状态约束公式(9)～(11)，将公式(16)～(17)改写为如下：以 为例，其计算过程如下：当t＝0时，带入样条曲线 中可得当t＝T时，带入样条曲线 中可得同样，对样条曲线x * (t)，样条曲线 和样条曲线y * (t)采用同样的方法进行计算；利用matlab求解出公式(19)～(28)的解，得到满足约束的样条曲线参数为： a 4 ＝m 4 ＝0, b 2 ＝n 2 ＝0, p 2 ＝r 2 ＝p 4 ＝r 4 ＝q 1 ＝s 1 ＝q 2 ＝s 2 ＝q 3 ＝s 3 ＝0；将以上参数带入到样条曲线中，得到即可获取样条曲线的具体表达式；至此，规划的路径已经满足初始状态和结束状态的约束；步骤三的具体方法如下：负载的摆角与吊挂系统的路径有如下的关系：将样条曲线(29)～(32)带入到(33)中，求出满足摆角约束条件的T值；步骤四的具体方法如下：将系统模型写成状态方程的形式：其中，ζ 1 ,ζ 2 为状态变量，u x ＝cosφsinθcosψ+sinφsinψ，u y ＝cosφsinθsinψ-sinφcosψ为虚拟控制输入；ζ 3 ＝[φ θ ψ] T ,ζ 4 ＝[ω x ω y ω z ] T (36)采用积分反步控制，设计的位置控制率为：所设计的姿态控制率为：其中，e 1 ＝ζ 1d -ζ 1 表示位置跟踪误差，ζ 1d ＝[x * ,y * ,z d ] T 表示期望位置，e 2 ＝v 1 -ζ 2 表示虚拟控制误差， 表示误差导数，同理，e 3 ＝ζ 3d -ζ 3 表示姿态跟踪误差，e 4 ＝v 2 -ζ 4 表示虚拟控制误差， 表示误差导数，p 1 为位置误差积分 p 2 为姿态误差积分 A 1 ,A 3 均为3维单位矩阵，Λ 1 ,Λ 2 ,A 2 ,A 4 为非负正定斜对称矩阵；
2.根据权利要求1所述的一种四旋翼变绳长吊挂系统的路径规划与减摆控制方法，其特征在于，二分法求满足摆动角度和摆动速度约束条件的最小运输时间T值的方法如下：(1)给定输入：设定T的最大值和最小值、设定摆角及其摆速的最大值和最小值，设定精度；(2)进行迭代：取T的最大值和最小值的平均值，带入到样条曲线中，判断是否满足角度约束条件，若满足，说明T值仍可取小，令当前最大值等于平均值，继续迭代；若不满足，说明T需取较大值，令当前最小值等于平均值，继续迭代；(3)每次迭代后求出最大值与最小值之差，判断是否满足设定的精度，如满足，则输出结果，不满足，则继续迭代搜索；直至求出满足精度的T值，输出结果。
