基于MATLAB的四旋翼飞行器动态建模与PID控制轨迹跟踪仿真系统

资 源 简 介

本项目通过MATLAB实现四旋翼飞行器的动力学建模、PID控制器设计及三维轨迹跟踪仿真。系统支持自定义飞行路径与外部干扰参数，可实时可视化飞行姿态和位置变化，适用于控制算法验证与教学演示。

详 情 说 明

基于动态建模与PID控制的四旋翼飞行器轨迹跟踪仿真系统

项目介绍

本项目实现了一个完整的四旋翼飞行器运动仿真平台，通过动力学建模、PID控制算法设计和三维可视化技术，模拟四旋翼飞行器在三维空间中的轨迹跟踪性能。系统能够分析飞行器的姿态动态、位置误差和控制效果，为控制算法验证和性能评估提供直观的仿真环境。

功能特性

• 动力学建模：基于牛顿-欧拉方程建立四旋翼的六自由度非线性动力学模型
• PID控制器设计：实现位置环和姿态环的双层PID控制结构
• 轨迹规划：支持用户自定义航点坐标和速度曲线的轨迹生成
• 实时仿真：动态模拟飞行器运动过程，包含外部干扰影响分析
• 三维可视化：生成飞行轨迹动画和实时姿态显示
• 性能分析：提供姿态角变化、跟踪误差、控制输出等关键数据图表
• 参数可配置：支持物理参数、控制参数和环境参数的灵活调整

使用方法

1. 参数配置：修改配置文件设置飞行轨迹、四旋翼物理参数、PID控制器参数和环境条件
2. 运行仿真：执行主程序启动仿真计算
3. 结果查看：系统自动生成三维动画和性能分析图表
4. 参数调整：根据仿真结果优化控制器参数，重新运行验证改进效果

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 软件环境：MATLAB R2018b或更高版本
• 必要工具箱：MATLAB 3D可视化工具箱、控制系统工具箱
• 硬件建议：4GB以上内存，支持OpenGL的显卡

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能，包括四旋翼动力学方程求解、PID控制器实现、轨迹规划算法、三维可视化生成以及性能数据分析。该文件通过协调各功能模块的调用顺序，完成从参数输入到结果输出的完整仿真流程，具体实现了运动学计算、控制量解算、实时状态更新和图形化展示等关键操作。