无人机实验报告
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word范文
2017年秋季学期
《无人机控制系统》课程
实验报告
院系：
班号：
学号：
姓名：
2017年 10月 14日
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word范文 审阅教师： 实验成绩：
一、实验目的
1、了解无人机控制系统的设计方法；
2、掌握并熟悉MATLAB仿真工具的使用方法；
3、掌握并熟悉SIMULINK仿真工具的使用方法。
二、实验内容
1、试验对象：无人机俯仰角控制系统设计
2、参数：• 无人机舵系统传递函数为：()0.1()0.11ecsss
• 升降舵偏角与姿态角之间的传递函数为：
2()3()25essss
3、要求：
• 画出系统根轨迹图；
• 分别用根轨迹法和增益调试的方法求出系统最大增益；
• 利用Simulink对系统进行仿真和参数调试，并给出最终控制器
及控制效果图。
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word范文 三、实验步骤
1、画出系统根轨迹图
系统的传递函数
23()()()(25)(10)pcksGsssss，
在MATLAB中输入以下指令
num=3;
>> den=conv([1 2 5],[1 10]);
>> rlocus(num,den)
画出根轨迹图1如下:
图1
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word范文 2.分别用根轨迹法和增益调试的方法求出系统最大增益
图1中根轨迹与虚轴交点的Kp对应最大增益，此时系统临界稳定（如图2），Kp=83.5为了求解方便，Kp近似等于250/3,此时系统的传递函数为
2()250()()(25)(10)csGsssss
此时系统开环放大倍数为5。
图2
接下来用增益调试法确定最大增益。
系统的传递函数为
23()()()(25)(10)pcksGsssss
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word范文 当Kp=100/3时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如下图3所示。
图3
当Kp=400/3时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如下图4所示。
图4
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word范文 当Kp=250/3时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如下图5所示。
图5
由此可见，Kp=250/3为最大增益。
程序截屏如图6：
图6
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word范文 3、利用Simulink设计控制器
我们选择最常见的PID 控制方法来设计控制器
添加控制器之前，如图7
图7
示波器波形为图8所示
图8
搭建系统控制器如图9下：
图9
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word范文 系统阶跃响应如图10和图11（把超调部分放大）所示
图10
图11
此时系统超调量为2%，调整时间为2s, 性能较好。
此时控制器传递函数为
ssssG165.1)(2
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word范文 四、实验结论
无人机舵系统的传递函数为
23()()()(25)(10)pcksGsssss
通过选取适当的 PID 控制器，系统可以有很不错的动态性能。分别用根轨迹法和增益调试的方法求出系统最大增益为Kp=250/3。然后通过Simulink仿真确定PID控制器参数为Kp=6,Ki=1,Kd=1.5。
因此，控制器传递函数为
ssssG165.1)(2
此时，系统超调量为2%，调整时间为2s, 无稳态误差，系统性能较好。
