Matlab与Flightgear联合：四旋翼无人机抗风飞行控制与三维可视化仿真研究

该篇硕士学位论文主要探讨了基于Matlab和Flightgear的四旋翼无人机飞行控制与可视化仿真技术。四旋翼无人机因其灵活性高和成本低廉，在农业、林业生物科学的灌溉、目标追踪和航空摄影等领域表现出广泛应用价值。其动力学模型复杂，涉及欠驱动、半耦合和非线性特点，这些特性使得在实际户外飞行中，尤其在自然风场的影响下，确保飞行稳定性与实时数据可视化成为关键挑战。 论文首先从理论基础出发，通过坐标变换构建非线性动力学模型和动力单元模型，充分考虑了四旋翼无人机的欠驱动特性，设计了一套内外环的整体控制策略。这一部分旨在优化无人机的动态响应和控制精度。 接着，作者深入分析了不同风场对无人机姿态和位置的影响，建立了自然风的数学模型，并通过Matlab进行仿真验证。为了提升抗扰动能力，论文对比了PID（比例积分微分）控制算法和反步控制算法在风场干扰下的性能。通过仿真模拟，研究人员揭示了两种控制策略在抵抗风力影响和跟踪精度方面的差异，并选择最优算法用于实际应用。 最后，论文着重介绍了Matlab与Flightgear的联合仿真方案。通过AC3D三维软件创建四旋翼无人机的几何模型，论文利用Matlab和Flightgear的网络数据通信接口技术，实现实时传输动力学模型数据。同时，提出了两种 Flightgear数据采集方案，使得Matlab的动力学模型能够驱动Flightgear三维模型进行精确飞行，从而实现了飞行过程的可视化展示。 关键词：四旋翼无人机、PID控制、反步法控制、Matlab/Flightgear仿真。整个研究旨在提升四旋翼无人机在复杂环境下的控制性能和实时数据可视化能力，对于无人机技术的发展和实际应用具有重要的理论支撑和实践指导意义。