✅作者简介热爱科研的Matlab仿真开发者擅长毕业设计辅导、数学建模、数据处理、算法改进、程序设计科研仿真。完整代码获取 定制创新 论文复现私信个人信条做科研博学之、审问之、慎思之、明辨之、笃行之是为博学慎思明辨笃行。1. 相关介绍本仓库提供一套可直接运行的 MATLAB 仿真程序实现多智能体二维路径规划、领航 - 跟随式编队控制与轨迹 PID 跟踪。仿真基于二维占据栅格地图完成 A * 全局路径搜索对原始折线轨迹平滑插值采用类无人机质点动力学模型实现轨迹跟踪搭建包含 1 台领航机 2 台跟随机的三机编队仿真平台。本项目是作者课题研究第一阶段完整成果后续可拓展至三维空间六自由度无人机控制系统。一、项目整体功能仿真集成全套模块化算法功能包含基于栅格地图的 A * 全局路径规划轨迹平滑与时序参数化处理二维类无人机质点动力学建模PID 轨迹跟踪控制器符号距离场SDF障碍物膨胀预处理人工势场法APF局部避障领航 - 跟随编队协同控制多智能体二维运动动画可视化仿真地图支持固定预设地图或随机生成障碍地图两种模式。二、项目完成状态✅ 已全部实现、稳定运行模块A * 算法可求解无碰撞可行全局路径原始折线轨迹平滑处理模块输出连续航迹领航机可精准跟踪规划参考轨迹跟随机可稳定维持与领航机的相对编队偏移构型动画完整复现多机编队全程运动过程⚠️ 现有算法固有缺陷经典方法通病整套仿真可正常运行但基于人工势场的避障模块可靠性存在局限障碍物拐角处斥力易引发机体震荡狭窄通道内 SDF 梯度无法稳定引导跟随机绕行复杂密闭环境下人工势场易出现局部极小值陷阱。上述问题是 APFPID 基础框架的固有短板也为下一阶段高阶控制器改进研究提供研究动机。1. A * 路径规划模块输入二维占据栅格地图启发函数欧式距离代价邻域搜索四连通 / 八连通模式可选输出原始折线段无碰撞全局路径。2. 轨迹平滑模块smooth_path.m对 A * 输出离散折线做插值处理生成连续光滑参考轨迹等时间间隔重采样时序航点消除折线拐点突变提升后续 PID 跟踪稳定性。3. 符号距离场 SDFbuildSDF.m预处理工具为人工势场避障提供基础根据智能体半径完成障碍物膨胀安全区全地图距离变换计算任意点到障碍物最短距离输出距离梯度作为 APF 斥力计算依据。4. 人工势场局部避障avoidanceField.m依托 SDF 距离构建斥力势场仅在障碍物阈值距离d0内激活斥力靠近目标点时斥力平滑衰减斥力输出叠加至 PID 控制量实现局部实时避障。5. 多智能体领航 - 跟随编队逻辑领航机单独完成全局路径规划跟随机以领航机航向为局部坐标系基准跟踪预设相对偏移坐标维持固定编队构型。六、二维可视化功能animateswarm.m动画同步展示全部仿真信息静态障碍物区域A * 规划全局参考路径领航机实时运动轨迹多台跟随机运动轨迹全流程多智能体实时运动状态。2. 运行效果展示3. 部分代码呈现function dx dynamics(t, x, u)% DYNAMICS - 2D point-mass (UAV) model with mild damping%% State: x [px; vx; py; vy]% Input: u [ux; uy] (desired accelerations)%% Adds small aerodynamic drag to improve numerical stability.% Units are arbitrary but consistent (e.g. meters and seconds).% unpack statespx x(1); vx x(2);py x(3); vy x(4);% control accelerationsax_cmd u(1);ay_cmd u(2);% damping coefficient (velocity drag)c_drag 0.15; % tune 0.05–0.3 depending on stiffness% dynamics (second-order integrator with damping)ax ax_cmd - c_drag * vx;ay ay_cmd - c_drag * vy;% derivative vectordx [vx; ax; vy; ay];end4. 参考文献[1]李智斌,李果.航天器自主运行控制与智能信息处理技术[J].控制工程(北京), 2003.更多免费数学建模和仿真教程关注领取如果觉得内容不错那就请分享和点个“在看”呗
