哈工大无人机实验报告

1、_无人机控制系统课程实验报告院系：航天学院控制科学与工程系班号：1304105学号：姓名：精品资料_2016年10月20日精品资料_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：e (s)0.1c (s)0.1s 1? 升降舵偏角与姿态角之间的传递函数为：(s)3e (s)s22s53、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 Simulin

2、k 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。三、实验步骤1、画出系统根轨迹图系统的传递函数(s)3kp，G(s)(s22s 5)( s 10)c (s)精品资料_在 MATLAB 中输入以下指令num=3; den=conv(1 2 5,1 10); rlocus(num,den)画出根轨迹图如下 :Root Locus25201510s5ixAyra0nigam -5I-10-15-20-25-30-25-20-15-10-50510Real Axis2、确定最大增益图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，Kp= 250 ,此时系统的传递函数为3G ( s)

3、( s)250c (s)(s22s5)(s 10)系统开环放大倍数为5。接下来用增益调试法确定最大增益。(s)3k p系统的传递函数为 G(s)(s22s 5)(s 10)c (s)精品资料_当 k p20 时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如下图所示。Step Response0.90.80.70.6ed0.5utilpm 0.4A0.30.20.10012345678Time (sec)当 k p120 时，系统单位阶跃响应发散。单位阶跃响应如下图所示。x 1025Step Response8642edutil0pmA-2-4-6-802040608010012014016018020

4、0Time (sec)精品资料_当 kp250 时，系统单位阶跃响应临界稳定。单位阶跃响应如下图所3示。Step Response1.81.61.41.2e1dutilpm 0.8A0.60.40.205101520250Time (sec)250k p为最大增益。由此可见，33、利用 Simulink设计控制器k p2503时，系统出现等幅振荡。由当系统调至最大增益系统的根轨迹图可知， 系统需要一个位于左半平面的零点，且需在实轴极点之前，这样系统的两个共轭复根会被零点拽回 LHP ，从而系统不会出现发散现象。由上分析，我们选择 PD 控制器，它可以给系统提供一个 LHP 零点。精品资料_画出

5、 Simulink 模拟图如下图所示。2501s3+12s 2+25s+50StepGainTransfer FcnScope1du/dtGain1Derivative系统阶跃响应如下：可见系统存在较大稳态误差，需再加积分控制器。 故重新搭建系统控制器如下：精品资料_11sGain2Integrator2505s3+12s 2+25s+50StepGainTransfer FcnScope1du/dtGain1Derivative系统阶跃响应如下可见增加积分控制器后系统稳态误差消除。此时系统超调量为8% ，调整时间为 2s, 性能较好。此时控制器传递函数为s25s1Gc (s)四、实验结论s精品资料_无人机舵系统的传递函数为G( s)(s)( s23k pc ( s)2s 5)(s 10)通过选取适当的PID 控制器，系统可以有很不错的动态性能。250分别用根轨迹法和增益调试的方法求出系统最大增益为kp3 。然后通过 Simulink 仿真确定 PID 控制器参数为 kp 5, ki1,kd 1 。因此，控制器传递函数为s2 5s