MATLAB/Simulink四旋翼飞行器动力学建模与PID控制系统仿真项目

资 源 简 介

本项目基于MATLAB/Simulink平台建立了四旋翼飞行器的六自由度非线性动力学模型，设计了完整的PID姿态控制系统和位置跟踪策略，实现预设轨迹的精确跟踪仿真，为无人机控制算法研究提供完整的仿真验证环境。

详 情 说 明

四旋翼飞行器非线性动力学建模与PID控制系统

项目介绍

本项目基于MATLAB/Simulink平台，实现了四旋翼飞行器的完整动力学建模与控制系统设计。通过建立包含姿态动力学和平移动力学的六自由度非线性模型，设计了基于PID控制器的双环控制结构（内环姿态控制+外环位置控制），实现了飞行器的稳定控制和轨迹跟踪功能。项目集成了传感器仿真、环境扰动模拟和3D可视化分析，为四旋翼控制算法研究提供完整的仿真验证平台。

功能特性

• 高精度动力学建模：采用牛顿-欧拉方程建立六自由度非线性动力学模型，充分考虑刚体运动特性
• 双环PID控制架构：内环实现姿态稳定控制，外环实现位置跟踪控制，支持预设轨迹跟踪
• 完整仿真环境：集成传感器模型（IMU、GPS）和环境扰动模型（风扰、噪声）
• 多维性能分析：提供时域响应分析、稳定性评估和3D轨迹可视化
• 模块化设计：各功能模块独立封装，便于参数修改和算法扩展

使用方法

1. 参数配置：在初始化脚本中设置四旋翼物理参数、控制器参数和环境参数
2. 轨迹规划：定义期望飞行轨迹（位置和姿态序列）
3. 仿真运行：启动主仿真文件，系统自动完成模型加载、仿真计算和结果保存
4. 结果分析：查看生成的时域响应曲线、性能指标统计和3D动画演示
5. 参数优化：根据性能指标调整PID参数，重新仿真验证控制效果

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2020b或更高版本，Simulink基础模块库
• 必要工具箱：Aerospace Blockset, Simscape Multibody（用于3D可视化）
• 硬件配置：至少4GB内存，支持OpenGL的显卡（用于流畅的3D动画显示）

文件说明

主程序文件作为项目的核心调度单元，实现了系统初始化、仿真参数配置、模型调用、数据处理和结果可视化等全套功能。具体负责四旋翼物理参数的载入与验证，控制器增益的设定，期望轨迹的生成与插值，Simulink模型的自动启停控制，时域响应数据的采集与分析，性能指标的计算与输出，以及三维飞行轨迹的动态渲染与保存。