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1、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：2017年10 月14 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 9 页审阅教师：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( )25essss3、要求：? 画出系统根轨迹图；?
2、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页三、实验步骤1、画出系统根轨迹图系统的传递函数23( )( )( )(25)(10)pcksG sssss，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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第
3、 3 页，共 9 页图 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)csG sssss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)pcksG sssss精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 9 页当 Kp=100/3 时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如下列图 3 所示。图 3 当 Kp=400/3 时
4、，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如下列图 4 所示。图 4 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 9 页当 Kp=250/3 时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如下列图 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 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页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
5、图9 下：图 9 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 9 页系统阶跃响应如图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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页四、实验结论无人机舵系统的传递函数为23( )( )( )(25)(10)pcksG sssss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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页