基于MATLAB/Simulink的无人舰艇PID航向控制系统设计与仿真

资 源 简 介

本项目利用MATLAB/Simulink构建无人自动舰艇的航向控制系统，通过PID控制器实现航向稳定与平滑转向。仿真模型涵盖舰艇动力学，验证系统在直行与转弯场景下的控制性能，为自主导航算法开发提供可靠仿真平台。

详 情 说 明

无人自动舰艇航向控制系统设计与仿真

项目介绍

本项目设计并实现了一个针对无人自动舰艇的航向控制系统。通过在Simulink中搭建完整的运动控制仿真环境，系统能够实现舰艇在预设航向上的稳定直行控制，并根据目标航向角指令完成平滑的转弯动作。仿真模型集成了舰艇动力学、环境扰动、传感器反馈和PID控制器等多个模块，支持对控制效果的实时可视化与分析，为无人舰艇控制算法的验证与优化提供了有效的仿真平台。

功能特性

• 核心控制：采用PID控制算法，实现航向角的精确闭环控制。
• 完整建模：包含舰艇运动学与动力学模型，模拟真实物理特性。
• 环境仿真：集成海浪、风速风向等环境扰动模块，增强仿真真实性。
• 多源输入：支持目标航向角、初始状态、环境参数、舰艇参数及控制参数等多种输入配置。
• 丰富输出：实时输出航向角曲线、运动轨迹、控制量指令、误差曲线及系统性能指标（超调量、调节时间、稳态误差）。
• 可视化分析：提供直观的图形化结果，便于进行控制效果评估与参数调试。

使用方法

1. 打开项目：在MATLAB中打开项目主文件夹。
2. 参数设置：根据仿真需求，在主脚本中设置目标航向角、舰艇初始状态、环境参数、舰艇动力学参数以及PID控制器的增益系数（Kp, Ki, Kd）。
3. 运行仿真：执行主脚本，该脚本将自动配置参数并启动Simulink模型进行仿真。
4. 结果分析：仿真结束后，系统会自动绘制并显示航向角响应曲线、舰艇运动轨迹、控制量输出、航向误差曲线等结果，并计算关键性能指标。

系统要求

• 软件平台：需要安装MATLAB（推荐R2020b或更高版本）及Simulink仿真环境。
• 必要工具包：为确保所有功能正常运行，需安装Simulink基础模块库。部分高级功能可能依赖控制系统工具箱。

文件说明

主脚本文件作为项目的核心入口，主要负责完成仿真前的初始化与配置工作。其核心功能包括：定义并设置仿真所需的各类参数（如目标指令、初始条件、环境与舰艇模型参数、控制器系数），调用并启动Simulink仿真模型，以及在仿真结束后执行数据后处理与可视化任务，例如绘制关键曲线和计算系统性能指标。