【无人机控制】基于ode45的四旋翼飞行器控制、路径规划和轨迹优化附Matlab代码

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🔥 内容介绍

四旋翼飞行器凭借灵活的操控性和垂直起降能力，在航拍、物流、搜救等领域应用广泛。其动力学特性复杂，涉及非线性耦合和多变量控制，而 MATLAB 的 ode45 函数作为高效的常微分方程求解器，为四旋翼的运动仿真提供了可靠工具。结合 ode45 的数值求解能力，可实现四旋翼的控制算法验证、路径规划与轨迹优化，构建从模型仿真到实际应用的完整技术链。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

function [F, M, trpy, drpy] = controller(qd, t, qn, params)

% CONTROLLER quadrotor controller

% The current states are:

% qd{qn}.pos, qd{qn}.vel, qd{qn}.euler = [roll;pitch;yaw], qd{qn}.omega

% The desired states are:

% qd{qn}.pos_des, qd{qn}.vel_des, qd{qn}.acc_des, qd{qn}.yaw_des, qd{qn}.yawdot_des

% Using these current and desired states, you have to compute the desired controls

% position controller params

Kp = [15;15;30];

Kd = [12;12;10];

% attitude controller params

KpM = ones(3,1)*3000;

KdM = ones(3,1)*300;

acc_des = qd{qn}.acc_des + Kd.*(qd{qn}.vel_des - qd{qn}.vel) + Kp.*(qd{qn}.pos_des - qd{qn}.pos);

% Desired roll, pitch and yaw

phi_des = 1/params.grav * (acc_des(1)*sin(qd{qn}.yaw_des) - acc_des(2)*cos(qd{qn}.yaw_des));

theta_des = 1/params.grav * (acc_des(1)*cos(qd{qn}.yaw_des) + acc_des(2)*sin(qd{qn}.yaw_des));

psi_des = qd{qn}.yaw_des;

euler_des = [phi_des;theta_des;psi_des];

pqr_des = [0;0; qd{qn}.yawdot_des];

% Thurst

qd{qn}.acc_des(3);

F  = params.mass*(params.grav + acc_des(3));

% Moment

M =  params.I*(KdM.*(pqr_des - qd{qn}.omega) + KpM.*(euler_des - qd{qn}.euler));

% =================== Your code ends here ===================

% Output trpy and drpy as in hardware

trpy = [F, phi_des, theta_des, psi_des];

drpy = [0, 0,       0,         0];

end

🔗 参考文献

[1] D. Pines and F. Bohorquez, “Challenges facing future micro air vehicle development,” AIAA Journal of Aircraft,vol. 43, no. 2, pp. 290–305, 2006.

[2] I. Kroo, F. Prinz, M. Shantz, P. Kunz, G. Fay, S. Cheng, T. Fabian, and C. Partridge, “The mesicopter: A miniature rotorcraft concept, phase ii interim report,” 2000.

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