기존에 개발 된 드론 시뮬레이터는 무게가 고정 된 상태로 비행 안정성을 확인하거나 기능을 제어하는 것이 쉬웠다. 하지만 무게에 따른 드론의 분류는 무게-고정형과 무게-가변형으로 나뉜다. 무게-고정형 드론은 촬영용 및 취미용 드론과 같이 비행 동안 무게 중량이 고정되다. 무게-가변형 드론은 농업용 방제에 쓰이는 드론과 같이 비행 동안 기체의 무게가 고정돼 있지만 기체에 탑재된 무게가 달라질 수 있다.
그래서 본 논문은 비행 중 적재물의 무게가 변하는 드론을 위한 PID 기반 동역학적 무게-가변형 드론의 시뮬레이터를 개발하였다.
본 논문은 우선 드론 구조와 비행 원리를 연구한 후, 지면 좌표계와 기체 고정 좌표계를 설정하고 X, Y, Z 순서로 동작하는 좌표 전환 행렬을 만들었다. 그리고 Newton의 법칙과 동역학 모멘트 관련 원리를 이용하여 드론 동역학적 수학 모델을 구축하였다. 다음으로 Simulink 플랫폼에서 동역학적 수학 모델을 구축하며 드론에 대한 비행 자세 시뮬레이션 실험을 하였다. 그리고 Simulink 플랫폼에서 PID 기반으로 비행 제어 시스템을 시뮬레이션 실험을 하였다. 마지막으로 Simulink 플랫폼에서 동역학적 수학 모델을 기반으로 무게-가변형 드론의 시뮬레이터 시뮬레이션 실험을 하였다. Cleanflight 공개 시뮬레이터에서 드론의 움직임을 확인하고 개발된 무게-가변형 시뮬레이터와 기존의 무게-고정형 시뮬레이터 비교 실험을 하였다. 기존의 무게-고정형 드론을 무게-가변형 드론으로 변경하여 사용할 수 있도록 시뮬레이터를 사용하여 실험하였다. 실험을 통해 드론의 다양한 비행 자세를 잘 제어하고, 기존에 사용했던 무게-고정형 드론을 무게-가변형 드론으로 설정이 가능한 것을 확인하였다.