透過張力到推力前饋的被動容錯：多無人機吊掛運輸中突然纜線斷裂下的混合輸入到狀態穩定性

多無人機協同吊掛運輸在執行任務時，纜線突然斷裂是一種極其嚴重的故障模式。這種故障會動態改變負載的分配和約束條件，留給故障診斷與系統重新配置的時間視窗極為有限。現有的控制器大多依賴於協調的力分配、同伴狀態交換或固定的纜線拓撲結構，因此普遍缺乏經過認證的、分散式的、針對突發纜線斷裂的恢復機制。本研究提出了一種新穎的被動容錯架構，其核心思想是將每架無人機實測的纜線張力直接引入其高度推力指令中，即T_i^{ff}=T_i。同時，一個由比例-微分控制器、防擺控制器和投影級聯組成的控制器保證了區域性跟蹤的可行性。這種設計的根本優勢在於無需任何專門的故障檢測或診斷機制，即可實現自動響應和恢復。論文的主要貢獻是建立了一個條件混合實用輸入到狀態穩定性（ISS）證書，該證書綜合了鬆弛行程有界的緊繃纜線約減、斷裂後的有界Lyapunov跳躍、故障間衰減以及每個故障週期內的收縮因子ρ∈(0,1)，在指定的執行器、鬆弛和駐留時間假設下給出了明確的恢復包絡。這為系統的可靠性提供了嚴格的數學保證。為了驗證所提出的方法，研究者在Drake多體模擬環境中進行了全面測試，模擬了五架無人機協同搬運10公斤載荷的場景。模擬採用了Kelvin-Voigt纜線模型和Dryden風擾動，並設計了單纜和雙纜突然斷裂的實驗方案。結果表明，閉環系統在斷裂發生後能夠在一個負載擺錘週期內迅速恢復，均方根誤差（RMSE）僅為0.312至0.328米，峰值下垂（peak sag）為76.1至95.2毫米。進一步的對比實驗顯示，如果停用張力前饋身份對映（即不直接將張力用於推力），巡航誤差會增加34%至39%，峰值下垂則會增加3.6至4.0倍。這清楚地表明，在所測試的分散級聯架構中，區域性張力前饋是實現被動恢復的主導機制。該研究為多無人機協同吊掛運輸系統在實際部署中的安全性與魯棒性提供了切實可行的解決方案，具有重要的理論意義和工程應用價值。