基于MATLAB/SIMULINK的四旋翼无人机动力学仿真系统

资 源 简 介

本项目开发了完整的四旋翼无人机仿真平台，结合MATLAB脚本和SIMULINK模型，实现了非线性动力学建模与PID姿态控制，为无人机控制算法验证提供高效工具。

详 情 说 明

基于MATLAB/SIMULINK的四旋翼无人机动力学仿真系统

项目介绍

本项目是一个完整的四旋翼无人机仿真平台，采用MATLAB脚本与SIMULINK模型相结合的技术路线。系统建立了包含机体动力学和电机动力学的非线性数学模型，设计了PID控制器实现姿态稳定与位置跟踪，并搭建了可视化仿真环境，支持多种飞行场景的模拟与性能分析。

功能特性

• 非线性动力学建模：精确建立四旋翼无人机六自由度动力学方程，包含旋翼气动力与力矩计算
• 多环路控制设计：采用串级PID控制结构，实现内环姿态稳定和外环位置跟踪
• 实时三维可视化：在SIMULINK中集成三维动画模块，实时显示无人机飞行轨迹与姿态变化
• 多场景仿真支持：预设悬停、轨迹跟踪、抗风扰动等多种飞行测试场景
• 性能分析工具：提供跟踪误差计算、能耗分析、稳定性评估等量化指标

使用方法

1. 参数配置：编辑配置文件，设置无人机物理参数、控制器增益和环境条件
2. 轨迹规划：输入期望飞行轨迹的三维坐标序列或选择预设飞行模式
3. 启动仿真：运行主脚本启动SIMULINK仿真，实时观察无人机动态响应
4. 结果分析：查看生成的状态曲线、性能指标和三维动画，评估控制系统性能

系统要求

• MATLAB R2020b或更高版本
• Simulink 3D Animation工具箱
• Control System工具箱
• 至少4GB内存，推荐8GB以上
• 支持OpenGL的显卡（用于三维可视化）

文件说明

主程序文件整合了仿真系统的核心功能，包括无人机模型参数初始化、控制器增益配置、仿真环境设置以及结果后处理分析。它负责协调整个仿真流程，从数据输入、模型调用到结果输出，实现了轨迹规划生成、SIMULINK模型自动化运行、飞行数据实时记录与可视化，以及性能指标计算与报告生成等关键任务。