无人机闭环控制系统Matlab程序完整版本

以下是一个完整版本的无人机闭环控制系统的Matlab程序示例，包括传感器数据获取、控制器设计和控制信号生成等功能。这个程序示例使用了PID控制器算法，实现了无人机的姿态和高度控制。

需要注意的是，这只是一个示例程序，实际的无人机闭环控制系统需要根据具体的传感器和控制算法进行调整和修改。

% 初始化参数
dt = 0.01; % 采样时间间隔
Kp_roll = 1.5; % 横滚比例系数
Ki_roll = 0.5; % 横滚积分系数
Kd_roll = 0.1; % 横滚微分系数
Kp_pitch = 1.5; % 俯仰比例系数
Ki_pitch = 0.5; % 俯仰积分系数
Kd_pitch = 0.1; % 俯仰微分系数
Kp_altitude = 1.0; % 高度比例系数
Ki_altitude = 0.5; % 高度积分系数
Kd_altitude = 0.1; % 高度微分系数
target_roll = 0.0; % 目标横滚角度
target_pitch = 0.0; % 目标俯仰角度
target_altitude = 50.0; % 目标高度

% 初始化状态
roll = 0.0; % 当前横滚角度
pitch = 0.0; % 当前俯仰角度
altitude = 0.0; % 当前高度
roll_rate = 0.0; % 当前横滚角速度
pitch_rate = 0.0; % 当前俯仰角速度
altitude_rate = 0.0; % 当前高度变化率
previous_error_roll = 0.0; % 上一次横滚误差
previous_error_pitch = 0.0; % 上一次俯仰误差
previous_error_altitude = 0.0; % 上一次高度误差
integral_roll = 0.0; % 横滚积分项
integral_pitch = 0.0; % 俯仰积分项
integral_altitude = 0.0; % 高度积分项

% 控制循环
while true
    % 传感器数据获取
    accel = read_accelerometer(); % 加速度计
    gyro = read_gyroscope(); % 陀螺仪
    baro = read_barometer(); % 气压计

    % 计算姿态角度
    roll = atan2(accel(2), accel(3)); % 横滚角度
    pitch = atan2(-accel(1), sqrt(accel(2)^2 + accel(3)^2)); % 俯仰角度
    roll_rate = gyro(1); % 横滚角速度
    pitch_rate = gyro(2); % 俯仰角速度

    % 计算高度
    altitude = baro; % 高度
    altitude_rate = (altitude - previous_altitude) / dt; % 高度变化率
    previous_altitude = altitude; % 更新高度

    % 计算控制信号
    error_roll = target_roll - roll; % 横滚误差
    integral_roll = integral_roll + error_roll * dt; % 横滚积分项
    derivative_roll = (error_roll - previous_error_roll) / dt; % 横滚微分项
    output_roll = Kp_roll * error_roll + Ki_roll * integral_roll + Kd_roll * derivative_roll; % 横滚输出
    previous_error_roll = error_roll; % 更新横滚误差

    error_pitch = target_pitch - pitch; % 俯仰误差
    integral_pitch = integral_pitch + error_pitch * dt; % 俯仰积分项
    derivative_pitch = (error_pitch - previous_error_pitch) / dt; % 俯仰微分项
    output_pitch = Kp_pitch * error_pitch + Ki_pitch * integral_pitch + Kd_pitch * derivative_pitch; % 俯仰输出
    previous_error_pitch = error_pitch; % 更新俯仰误差

    error_altitude = target_altitude - altitude; % 高度误差
    integral_altitude = integral_altitude + error_altitude * dt; % 高度积分项
    derivative_altitude = (error_altitude - previous_error_altitude) / dt; % 高度微分项
    output_altitude = Kp_altitude * error_altitude + Ki_altitude * integral_altitude + Kd_altitude * derivative_altitude; % 高度输出
    previous_error_altitude = error_altitude; % 更新高度误差

    % 生成控制信号
    throttle = output_altitude; % 油门控制信号
    roll = output_roll; % 横滚控制信号
    pitch = output_pitch; % 俯仰控制信号
    yaw = 0.0; % 偏航控制信号

    % 发送控制信号
    send_control_signal(throttle, roll, pitch, yaw);

    % 等待采样间隔
    pause(dt);
end

以上程序示例中，read_accelerometer、read_gyroscope和read_barometer函数分别获取加速度计、陀螺仪和气压计的数据；roll、pitch和altitude分别为当前的横滚角度、俯仰角度和高度；roll_rate、pitch_rate和altitude_rate分别为当前的横滚角速度、俯仰角速度和高度变化率；Kp_roll、Ki_roll、Kd_roll、Kp_pitch、Ki_pitch、Kd_pitch、Kp_altitude、Ki_altitude和Kd_altitude分别为比例、积分和微分系数，用于计算控制信号；target_roll、target_pitch和target_altitude分别为目标的横滚角度、俯仰角度和高度；error_roll、error_pitch和error_altitude分别为横滚、俯仰和高度的误差；integral_roll、integral_pitch和integral_altitude分别为横滚、俯仰和高度的积分项；derivative_roll、derivative_pitch和derivative_altitude分别为横滚、俯仰和高度的微分项；output_roll、output_pitch和output_altitude分别为横滚、俯仰和高度的输出；throttle、roll、pitch和yaw分别为油门、横滚、俯仰和偏航控制信号，用于控制无人机飞行方向和速度。