哈工大无人机实验报告

《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：
2016年10月20日
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
()0.11
e c s s s δδ=+ • 升降舵偏角与姿态角之间的传递函数为： 2()3
()25
e s s s s θδ=++ 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。

三、实验步骤 1、画出系统根轨迹图 系统的传递函数
23()
()()(25)(10)
p c k s G s s s s s θδ==
+++，
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 Locus
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
-30
-25-20-15-10-50510
-25-20-15-10-50510
1520
25
2、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
3
,此时系统的传递函数为 2()250
()()(25)(10)
c s G s s s s s θδ==+++ 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。

系统的传递函数为2
3()
()()(25)(10)
p c k s G s s s s s θδ=
=+++
当20p k =时，系统单位阶跃响应收敛。

单位阶跃响应如下图所示。

012345678
0.10.20.30.40.50.6
0.70.8
0.9Step Response
Time (sec)
A m p l i t u d e
当120p k =时，系统单位阶跃响应发散。

单位阶跃响应如下图所示。

020406080100120140160180200
-8
-6
-4
-2
2
4
6
8
x 10
25
Step Response
Time (sec)
A m p l i t u d e
当250
3
p k =时，系统单位阶跃响应临界稳定。

单位阶跃响应如下图所示。

0510
152025
0.20.40.60.811.2
1.41.6
1.8Step Response
Time (sec)
A m p l i t u d e
由此可见，
250
3p k =
为最大增益。

3、利用Simulink 设计控制器 当系统调至最大增益
250
3p k =
时，系统出现等幅振荡。

由
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。

画出Simulink 模拟图如下图所示。

250s +12s +25s+503
2Transfer Fcn
Step
Scope
1Gain1
1
Gain
du/dt Derivative
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：
250s +12s +25s+503
2Transfer Fcn
Step
Scope
1s Integrator
1Gain2
1Gain1
5
Gain
du/dt Derivative
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
251
()c s s G s s
++=
四、实验结论
无人机舵系统的传递函数为 2
3()
()()(25)(10)
p c k s G s s s s s θδ=
=+++ 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
250
3p k =。

然
后通过Simulink 仿真确定PID 控制器参数为5,1,1p i d k k k ===。

因此，控制器传递函数为
251
()c s s G s s
++=
此时，系统超调量为8%，调整时间为2s, 无稳态误差，系统性能较好。

1、发生以下情形，本协议即终止：(1)、公司因客观原因未能设立;(2)、公司营业执照被依法吊销;(3)、公司被依法宣告破产;(4)、甲乙丙三方一致同意解除本协议。

2、本协议解除后：(1)甲乙
丙三方共同进行清算，必要时可聘请中立方参与清算;(2)若清算后有剩余，甲乙丙三方须在公司清偿全部债务后，方可要求返还出资、按出资比例分配剩余财产。

(3)若清算后有亏损，各方以
出资比例分担，遇有股东须对公司债务承担连带责任的，各方以出资比例偿还。

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