四旋翼无人机轨迹控制C++

好的，以下是一个简单的四旋翼无人机轨迹控制的C++代码示例：

#include <iostream>
#include <cmath>

using namespace std;

// 定义四旋翼无人机的状态变量
double x, y, z;  // 位置坐标
double vx, vy, vz;  // 速度
double ax, ay, az;  // 加速度
double roll, pitch, yaw;  // 姿态角
double p, q, r;  // 角速度

// 定义轨迹控制参数
double kpx, kpy, kpz;  // 比例控制参数
double kdx, kdy, kdz;  // 微分控制参数
double kix, kiy, kiz;  // 积分控制参数
double integral_x, integral_y, integral_z;  // 位置误差积分

// 定义目标轨迹
double traj_x(double t) {
    return sin(t);
}

double traj_y(double t) {
    return cos(t);
}

double traj_z(double t) {
    return t;
}

// 定义控制输入
double u1, u2, u3, u4;

// 计算控制输入
void computeControlInput(double t) {
    double err_x = traj_x(t) - x;  // 位置误差
    double err_y = traj_y(t) - y;
    double err_z = traj_z(t) - z;

    integral_x += err_x;  // 位置误差积分
    integral_y += err_y;
    integral_z += err_z;

    double err_vx = 0 - vx;  // 速度误差
    double err_vy = 0 - vy;
    double err_vz = 0 - vz;

    // 计算控制输入
    u1 = kpx * err_x + kdx * err_vx + kix * integral_x;
    u2 = kpy * err_y + kdy * err_vy + kiy * integral_y;
    u3 = kpz * err_z + kdz * err_vz + kiz * integral_z;
    u4 = 0;  // 四旋翼无人机轨迹控制中，不需要控制偏航角

    // 限制控制输入范围
    u1 = max(u1, 0.0);
    u2 = max(u2, 0.0);
    u3 = max(u3, 0.0);
    u4 = max(u4, 0.0);
    u1 = min(u1, 1.0);
    u2 = min(u2, 1.0);
    u3 = min(u3, 1.0);
    u4 = min(u4, 1.0);
}

// 更新四旋翼无人机状态
void updateQuadrotorState(double dt) {
    // 根据控制输入计算加速度和角加速度
    double g = 9.8;  // 重力加速度
    ax = (u1 + u2 + u3) * sin(pitch) / cos(roll) - g * sin(pitch);
    ay = (u1 + u2 + u3) * sin(roll) / cos(pitch) - g * sin(roll);
    az = u1 + u2 + u3 + u4 - g;

    // 根据加速度和角速度计算速度和位置
    vx += ax * dt;
    vy += ay * dt;
    vz += az * dt;
    x += vx * dt;
    y += vy * dt;
    z += vz * dt;

    // 根据控制输入计算姿态角和角速度
    double l = 0.25;  // 旋翼到质心的距离
    double mx = u1 - u2;  // 滚转控制输入
    double my = u3 - u4;  // 俯仰控制输入
    double mz = (u2 + u4 - u1 - u3) / 2;  // 偏航控制输入
    roll = atan2(my, sqrt(pow(mx, 2) + pow(mz, 2)));
    pitch = atan2(-mx, sqrt(pow(my, 2) + pow(mz, 2)));
    r = mz / l;

    // 根据姿态角和角速度计算角加速度
    double Ixx = 0.01;  // 滚转惯量
    double Iyy = 0.01;  // 俯仰惯量
    double Izz = 0.02;  // 偏航惯量
    double p_err = 0 - p;  // 角速度误差
    double q_err = 0 - q;
    double r_err = 0 - r;
    double Mx = Ixx * (kpx * p_err - kdx * p) + (Iyy - Izz) * q * r;
    double My = Iyy * (kpy * q_err - kdy * q) + (Izz - Ixx) * p * r;
    double Mz = Izz * (kpz * r_err - kdz * r) + (Ixx - Iyy) * p * q;

    // 根据角加速度计算角速度
    p += Mx / Ixx * dt;
    q += My / Iyy * dt;
    r += Mz / Izz * dt;

    // 将角速度限制在一定范围内
    p = max(p, -2.0);
    q = max(q, -2.0);
    r = max(r, -2.0);
    p = min(p, 2.0);
    q = min(q, 2.0);
    r = min(r, 2.0);
}

int main() {
    // 初始化状态变量和控制参数
    x = 0;
    y = 0;
    z = 0;
    vx = 0;
    vy = 0;
    vz = 0;
    ax = 0;
    ay = 0;
    az = 0;
    roll = 0;
    pitch = 0;
    yaw = 0;
    p = 0;
    q = 0;
    r = 0;
    kpx = 0.1;
    kpy = 0.1;
    kpz = 0.1;
    kdx = 0.01;
    kdy = 0.01;
    kdz = 0.01;
    kix = 0.001;
    kiy = 0.001;
    kiz = 0.001;
    integral_x = 0;
    integral_y = 0;
    integral_z = 0;

    // 模拟飞行过程
    double dt = 0.01;
    double t = 0;
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        computeControlInput(t);
        updateQuadrotorState(dt);
        cout << "x: " << x << ", y: " << y << ", z: " << z << endl;
        t += dt;
    }

    return 0;
}

该代码实现了一个简单的四旋翼无人机轨迹控制程序。其中，控制输入和状态变量的计算方法与定点控制相同，不同的是控制输入的计算需要考虑目标轨迹。在该代码中，我们假设目标轨迹为一个三维的正弦余弦函数。同时，为了消除位置误差，我们增加了积分控制项，并且需要在计算控制输入时对位置误差进行积分。