近年来,四旋翼无人机因其稳定性高、操控方便以及可垂直起降等优势被广泛应用于各个领域。由于四旋翼无人机本身就具有欠驱动性,而悬挂负载的引入使得整个系统的控制难度进一步加大。一方面,四旋翼无人机悬挂空运系统包含八个自由度:四旋翼无人机的三个平动自由度、三个转动自由度以及负载摆动运动的两个自由度。但整个系统只有四个独立的控制输入,负载的运动只能通过四旋翼无人机的运动进行调节,这使得整个系统的欠驱动特性与耦合程度进一步加强。另一方面,负载的摆动运动对四旋翼无人机飞行稳定性有较大的影响。为实现四旋翼无人机高效、安全悬挂运输的目标,本文针对四旋翼无人机悬挂空运系统的控制与轨迹规划问题展开了研究,完成的主要工作如下:一、本文利用欧拉-拉格朗日方法建立了四旋翼无人机悬挂空运系统的二维动力学模型,综合考虑了纵向通道与高度通道的动力学特性,并将其作为后续飞行控制设计的基础。二、基于已建立的四旋翼无人机悬挂空运系统的二维动力学模型,进一步考虑了四旋翼无人机在飞行过程中受到的空气阻力的影响,设计了一种基于能量法的自适应控制策略。该方法利用能量整形方法将负载摆角信息引入到控制输入中以处理系统的状态耦合;针对建模不确定部分,采用神经网络对未建模动态特性进行了补偿。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,无人机位置误差的渐近收敛和负载摆动的抑制。最后通过数值仿真与实际飞行实验验证了所提出的控制策略具有较好的控制效果。三、为实现四旋翼无人机准确到达目标位置和有效抑制负载摆动的控制目标,本文提出了一种在线轨迹规划方法。针对飞行环境存在未知外界扰动的情况,本文将四旋翼无人机的期望轨迹分为定位轨迹与抗扰轨迹两部分。其中定位轨迹可预先设定以引导无人机到达目标位置,抗扰轨迹采用基于强化学习的在线更新策略对外界未知扰动进行补偿以达到抑制负载摆动的目的。文中采用基于Lyapunov方法的稳定性分析证明了闭环系统的稳定性,以及无人机位置误差和负载摆动运动的收敛。最后通过对比实验,验证了所提轨迹生成方法的有效性,以及对外界干扰和负载质量变化的鲁棒性。