通过张力到推力前馈的被动容错：多无人机吊挂运输中突然缆线断裂下的混合输入到状态稳定性

多无人机协同吊挂运输在执行任务时，缆线突然断裂是一种极其严重的故障模式。这种故障会动态改变负载的分配和约束条件，留给故障诊断与系统重新配置的时间窗口极为有限。现有的控制器大多依赖于协调的力分配、同伴状态交换或固定的缆线拓扑结构，因此普遍缺乏经过认证的、分散式的、针对突发缆线断裂的恢复机制。本研究提出了一种新颖的被动容错架构，其核心思想是将每架无人机实测的缆线张力直接引入其高度推力指令中，即T_i^{ff}=T_i。同时，一个由比例-微分控制器、防摆控制器和投影级联组成的控制器保证了局部跟踪的可行性。这种设计的根本优势在于无需任何专门的故障检测或诊断机制，即可实现自动响应和恢复。论文的主要贡献是建立了一个条件混合实用输入到状态稳定性（ISS）证书，该证书综合了松弛行程有界的紧绷缆线约减、断裂后的有界Lyapunov跳跃、故障间衰减以及每个故障周期内的收缩因子ρ∈(0,1)，在指定的执行器、松弛和驻留时间假设下给出了明确的恢复包络。这为系统的可靠性提供了严格的数学保证。为了验证所提出的方法，研究者在Drake多体仿真环境中进行了全面测试，模拟了五架无人机协同搬运10公斤载荷的场景。仿真采用了Kelvin-Voigt缆线模型和Dryden风扰动，并设计了单缆和双缆突然断裂的实验方案。结果表明，闭环系统在断裂发生后能够在一个负载摆锤周期内迅速恢复，均方根误差（RMSE）仅为0.312至0.328米，峰值下垂（peak sag）为76.1至95.2毫米。进一步的对比实验显示，如果禁用张力前馈身份映射（即不直接将张力用于推力），巡航误差会增加34%至39%，峰值下垂则会增加3.6至4.0倍。这清楚地表明，在所测试的分散级联架构中，局部张力前馈是实现被动恢复的主导机制。该研究为多无人机协同吊挂运输系统在实际部署中的安全性与鲁棒性提供了切实可行的解决方案，具有重要的理论意义和工程应用价值。