无人机课程实验报告.docx
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无人机课程实验报告
《无人机控制系统》课程
实验报告
院系:
班号:
学号:
姓名:
2016年10月20日
审阅教师:
实验成绩:
一、实验目的
1、增进对无人机控制系统的认识;
2、学习使用matlab对系统进行分析;
3、学会使用matlab中的simulink工具箱对系统进行仿真。
2、实验内容
实验对象:
无人机俯仰角控制系统设计
参数:
1、无人机舵系统传递函数为:
2、升降舵偏角与姿态角之间的传递函数:
要求:
1、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;
3、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;
4、考试前提交实验报告(实验报告为考试合格必备条件)。
3、实验步骤
根据实验要求,已知无人机舵系统传递函数为:
升降舵偏角与姿态角之间的传递函数为:
于是我们可以求得从系统输入
到系统输出姿态角
的开环传递函数为:
由上式可以在Matlab软件中使用rlocus指令绘制出系统的根轨迹图如下:
从以上根轨迹图中可以找到系统根轨迹图与虚轴的交点,这个交点所对应的增益即为系统的最大增益。
使用matlab在图中标出该点系统的参数k如下:
由此可知,该系统在临界增益时根轨迹给出的参数Gain=82.4,对应的传递函数中参数k=3
Gain=247,则系统的开环放大倍数为
接下来用增益调试法确定系统的最大增益。
在系统的传递函数中乘上一个比例系数
,系统的传递函数如下
使
从0开始逐渐增大,观察
的阶跃响应,直至其阶跃响应变为等幅振荡为止:
当
时,系统的阶跃响应收敛;
当
时,系统的阶跃响应发;
当
时,,系统的阶跃响应收敛;
当
时,系统的阶跃响应收敛;
当
时,系统的阶跃响应发散;
当
时,系统的阶跃响应变为等幅振荡。
不同的当
对应的阶跃响应曲线如下:
在
时,可求得系统的增益为5,即为系统的最大增益。
接下来用Simulink搭建系统的框图,如下:
经过多次调试,PID控制器的具体参数如下设置:
此时得到系统的阶跃响应曲线如下:
从图中我们可以看到,系统能在2s内自动调整到稳态值的5%的误差范围内。
所以我们的控制器的参数取为
,此时控制器的传递函数为
整个系统的开环传递函数为
4、实验结论
无人机俯仰角控制系统可以简化为一个以系统姿态角
为输出,以控制量
为输入量的三阶系统,通过调整合适的PID控制器参数,可以获得比较理想的动态性能。