无人机实验报告

２0１7年秋季学期

《无人机控制系统》课程

实验报告

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20１7年10月１4日

ﻬ审阅教师: 实验成绩:

一、实验目得

1、了解无人机控制系统得设计方法;

2、掌握并熟悉MATLＡB仿真工具得使用方法;

3、掌握并熟悉SIMＵLINK仿真工具得使用方法。

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:

•升降舵偏角与姿态角之间得传递函数为：

3、要求：

•画出系统根轨迹图;

•分别用根轨迹法与增益调试得方法求出系统最大增益;

•利用Ｓimuｌiｎk对系统进行仿真与参数调试，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

系统得传递函数

，

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

2、分别用根轨迹法与增益调试得方法求出系统最大增益

图1中根轨迹与虚轴交点得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,此时系统得传递函数为

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。

系统得传递函数为

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

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

３、利用Ｓｉmulink设计控制器

我们选择最常见得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

系统阶跃响应如图1０与图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

四、实验结论

无人机舵系统得传递函数为

通过选取适当得 PＩD 控制器,系统可以有很不错得动态性能。分别用根轨迹法与增益调试得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

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。