【MATLAB例程】多无人机协同巡逻仿真：基于长机-僚机模型的编队保持与串级PID控制

基于 MATLAB 开发的多无人机UAV协同编队巡逻仿真系统。它采用了经典的长机-僚机Leader-Follower控制架构深度融合了六自由度6-DOF非线性动力学模型与双闭环串级 PID 控制算法。通过集中式路径规划与分布式误差反馈机制系统实现了多机在复杂巡逻航点下的菱形编队精准保持。MATLAB打开后即可直接运行包运行成功。原创代码仅供学习和研究请勿翻卖文章目录程序介绍物理模型与坐标系长机-僚机协同策略串级 PID 控制器逻辑运行结果MATLAB源代码程序介绍物理模型与坐标系程序内置了非线性六自由度6-DOF无人机动力学模型。通过旋转矩阵R RR将机体坐标系下的推力转换至惯性坐标系并考虑了空气动力阻尼线性阻尼与旋转阻尼确保了仿真环境的逼真度。长机-僚机协同策略集中式路径规划地面站预设leader_wps长机根据当前位置与目标的距离自动判定并切换下一航点。分布式队形反馈僚机的期望位置不仅取决于长机广播的坐标和固定的 formation_offset还引入了 formation_gain。计算公式P c m d P l e a d e r O f f s e t K f ( O f f s e t − O f f s e t a c t u a l ) P_{cmd} P_{leader} Offset K_{f}(Offset - Offset_{actual})Pcmd​Pleader​OffsetKf​(Offset−Offsetactual​)。这种设计增强了僚机在长机剧烈转向时的跟随速度。串级 PID 控制器逻辑每一架无人机均独立运行一套级联控制算法外环位置环输入空间误差输出期望加速度。姿态解算层将期望加速度解算为目标横滚角Roll和俯仰角Pitch。内环姿态环输入角度误差输出控制力矩Torque。运行结果本程序模拟了1架长机Leader 3架僚机Follower的协同巡逻任务。系统运行后将生成三张关键的分析图表多无人机三维轨迹图直观展示四架无人机如何维持菱形编队完成起飞、前飞、直角转向及返航降落的全过程。图中清晰标出了长机的规划航点Waypoints。轴向位置跟踪与误差图详细对比了各架无人机在 X、Y、Z 三个轴向上的实际位置与期望位置展示了级联 PID 控制器在高动态转向时的鲁棒性。队形误差与推力对比图左侧记录了三架僚机相对于长机的实时位置偏差欧氏距离验证了在分布式反馈增益作用下编队误差能迅速收敛至厘米级。右侧展示了各机电机的总推力输出反映了物理限幅对系统的实际约束。命令行截图MATLAB源代码部分代码如下% 多无人机协同巡逻仿真 - 长机/僚机队形保持% 控制架构集中式调度 分布式执行% · 地面站集中调度规划长机航点广播队形偏移量% · 长机Leader 跟踪全局航点串级PID控制% · 僚机Follower 跟踪长机位置 队形偏移% 作者:matlabfilterV同号除前期达成一致外付费咨询% 2026-03-26/Ver1clc;clear;close all;rng(0);%% 全局仿真参数dt0.01;% 仿真步长 sT350;% 总仿真时长 sNround(T/dt);%% 无人机物理参数主机、僚机相同p.g9.81;p.mass0.25;p.Ixx0.012;p.Iyy0.012;p.Izz0.020;p.kd_lin0.10;p.kd_ang0.05;%% 长机航点全局巡逻路径leader_wps[0,0,0;% WP1: 地面起始0,0,3;% WP2: 起飞至3m10,0,3;% WP3: 向前10,10,3;% WP4: 右转0,10,3;% WP5: 左转0,0,3;% WP6: 返回0,0,0;% WP7: 降落];switch_dist0.5;% 航点切换阈值 [m]%% 队形偏移量定义机体坐标系偏移相对长机% 菱形编队长机居中3架僚机分别在后左、后右、正后% 偏移量 [dx, dy, dz]mdz可设不同高度分层避碰n_followers3;formation_offset[-3,2,0;% 僚机1左后-3,-2,0;% 僚机2右后-6,0,0;% 僚机3正后双层备份机];完整代码https://download.csdn.net/download/callmeup/92764324如需帮助或有导航、定位滤波相关的代码定制需求请点击下方卡片联系作者