文档介绍：.
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
一、实验目的 1、了解无人机控制系统的设计: .
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
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：鵲=*
?升降舵偏角与姿态角之间的传递函数为:
日(S) 3
— 2
§e(S) S +2s + 5
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
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
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
6(s)
250
G⑸"6c(s) " (s2 +2s+5)(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。
当kp =20时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如下图所示。
odD-rp
0 012345678
Step Response
o
4
o
7 o
8 o
6 o
3 o
5 o
2 o
Time (sec)
当kp =120时，系统单位阶跃响应发散。单位阶跃响应如下图所示。
step Response
Time (sec)
25
X 10
当kp =
250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。
, 250
k =
由此可见,
P 3为最大增益。
3、利用Simulink设计控制器
k .250
当系统调至最大增益P 3时，系统出现等幅振荡。
且需在实
系统的根轨迹图可知，系统需要一个位于左半平面的零点,
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。
Step
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:
step
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
Gc(s) = s +5s + 1
s
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
P 3。然
后通过Simulink仿真确定PID控制器参数为kp =5,k^i,k^i。
因此,
控制器传递函数为
S2 +5s +1
Gc(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。