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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*：20212021 年年 10 10 月月 20 20 日日审阅教师：实验成绩：一、实验目的一、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、实验容二、实验容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)0.1s1 升降舵偏角与姿态角之间的传递函数为：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；.优选-.-利用 Simulink 对
2、系统进展仿真和参数调试，并给出最终控制器及控制效果图。三、实验步骤三、实验步骤1、画出系统根轨迹图系统的传递函数G(s)3kp(s)，2c(s)(s 2s5)(s10)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: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,此时系统的传递函数为3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G(s)3kp(s)2c(s)(s 2s5)(s10)当kp 20时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如以下
3、列图所示。当kp120时，系统单位阶跃响应发散。单位阶跃响应如以下列图所示。当kp250时，系统单位阶跃响应临界稳定。单位阶跃响应如以下列3图所示。.优选-.-由此可见，kp2503为最大增益。3、利用 Simulink 设计控制器当系统调至最大增益kp2503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 模拟图如以下列图所示。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：.优选-.-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四、实验结论四、实验结论无人机舵系统的传递函数为通过选取适当的 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kp2503。然后通过 Simulink 仿真确定 PID 控制器参数为kp 5,ki1,kd1。因此，控制器传递函数为此时，系统超调量为 8%，调整时间为 2s,无稳态误差，系统性能较好。.优选-