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。