MATLAB实现Quanser四旋翼直升机LQR控制系统仿真

资 源 简 介

本项目基于Quanser四旋翼直升机实验平台，通过MATLAB建立状态空间模型，设计LQR控制器实现姿态与位置的稳定控制。包含完整的仿真验证和控制器性能分析。

详 情 说 明

Quanser四旋翼直升机LQR控制系统设计与仿真

项目介绍

本项目基于Quanser公司的四旋翼直升机实验平台，设计并实现了线性二次调节器（LQR）控制器。通过建立系统的状态空间模型，计算最优控制增益，并在MATLAB/Simulink环境中进行实时仿真验证，确保系统能够快速响应指令并保持稳定飞行。该项目适用于无人机控制系统的教学、研究和工程应用。

功能特性

• 状态空间建模：基于四旋翼直升机的物理参数建立线性化状态空间模型
• LQR控制器设计：通过求解Riccati方程计算最优控制增益矩阵
• 多变量控制：同时控制滚转角、俯仰角、偏航角和高度四个自由度
• 实时仿真验证：在Simulink环境中进行硬件在环（HIL）仿真测试
• 性能分析：提供系统响应曲线和控制效果的综合评估指标

使用方法

1. 参数配置：在配置文件中输入四旋翼的物理参数（质量、惯性矩、电机推力系数等）
2. 设定目标：指定期望的飞行轨迹或姿态指令（滚转、俯仰、偏航角及高度）
3. 调整权重：设置LQR权重矩阵Q和R，平衡状态误差与控制代价
4. 运行仿真：执行主程序生成控制器增益，启动Simulink仿真模型
5. 结果分析：查看系统响应曲线、控制信号和性能指标输出

系统要求

• MATLAB R2020b或更高版本
• Simulink仿真环境
• Control System Toolbox（控制系统工具箱）
• 推荐使用Quanser Q4四旋翼硬件平台进行实时验证

文件说明

主程序文件完成了系统建模与控制器设计的核心流程，包括四旋翼动力学模型的线性化处理、状态空间方程构建、LQR最优控制算法求解以及仿真参数的初始化配置。该程序通过调用MATLAB控制系统工具箱函数计算反馈增益矩阵，并为Simulink仿真模型提供必要的参数输入和数据接口。