MATLAB三自由度直升飞机系统动力学建模与最优控制仿真

资 源 简 介

本项目使用MATLAB对三自由度直升机系统进行非线性动力学建模、参数辨识，并基于LQR/LQG最优控制理论设计三轴姿态控制器与位置跟踪控制器，实现高精度姿态稳定与跟踪仿真。

详 情 说 明

三自由度直升飞机系统动力学建模与控制器设计

项目介绍

本项目针对三自由度直升飞机系统，实现了完整的非线性动力学建模与先进控制算法设计。通过建立精确的直升机动力学模型，设计了基于最优控制理论的三轴姿态控制器，实现了直升机的稳定悬停和轨迹跟踪功能。项目包含完整的仿真环境，可验证控制算法在姿态稳定、位置跟踪等方面的性能。

功能特性

• 非线性动力学建模：建立考虑旋翼特性、机体惯性的完整非线性动力学模型
• 参数辨识：实现系统物理参数的辨识与验证
• 三轴姿态控制器：设计俯仰轴、横滚轴、偏航轴的解耦控制算法
• 最优控制设计：基于LQR/LQG理论设计位置跟踪控制器
• 多任务飞行验证：实现悬停稳定、轨迹跟踪等典型飞行任务
• 性能分析：提供控制性能、稳定性、能量消耗等全面分析指标

使用方法

1. 参数配置：设置直升机物理参数（质量、转动惯量、旋翼特性）和环境参数
2. 控制目标设定：指定期望的姿态角目标值或位置轨迹
3. 初始状态设置：定义直升机的初始位置、速度和姿态
4. 仿真运行：执行主仿真程序，观察系统动态响应
5. 结果分析：查看控制性能指标、响应曲线和稳定性分析结果

系统要求

• MATLAB R2018b或更高版本
• Control System Toolbox
• Simulink（可选，用于扩展仿真）
• 至少4GB内存（推荐8GB以上）

文件说明

主程序文件实现了整个项目的核心仿真流程，包括系统参数初始化、非线性动力学模型建立、控制器设计算法实现、仿真环境搭建以及结果可视化分析。该文件整合了姿态稳定控制、轨迹跟踪控制等多种飞行模式，能够生成全面的性能评估报告和动态响应曲线，为用户提供完整的控制算法验证平台。