无人机实验报告Word下载.docx
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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
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:
=-
Q(s)0.15+1
•升降舵偏角与姿态角之间的传递函数为:
&
($)_3
Q(s)s~+2s+5
3、要求:
•画出系统根轨迹图;
•分别用根轨迹法和增益调试的方法求出系统最大增益;
•利用Simulink对系统进行仿真和参数调试,并给出最终控制器及控制效果图。
1、画出系统根轨迹图
系统的传递函数
3k卩
(?
+25+5)(5+10),
在MATLAB中输入以下指令nunF3;
>
den=conv([l25],[110]);
rlocus(num,den)
画出根轨迹图1如下:
-20-1\・
-25IAA'
RA」i'
'
-35-30-25-20-15-10-5051015
RealAxis(seconds'
1)
图1
2.分别用根轨迹法和增益调试的方法求出系统最大增益
图1中根轨迹与虚轴交点的Kp对应最大增益,此时系统临界稳定(如图2),Kp=83.5为了求解方便,Kp近似等于250/3,此时系统
250
的传递函数为
G(s)二空
5—瓦&
(?
+25+5)(5+10)
此时系统开环放大倍数为5o
图2
接下来用增益调试法确定最大增益。
系统的传递函数为
G(s)==%
0G)(?
当Kp二100/3时,系统单位阶跃响应收敛。
单位阶跃响应如下图
3所示。
0.6
0.4
02
图3
当Kp二400/3时,系统单位阶跃响应收敛。
4所示。
StepRcsponso
一r_1012①p5_dluu
50100
Time(seconds)
150
当Kp二250/3时,系统单位阶跃响应收敛。
5所示。
图5
由此可见,Kp=250/3为最大增益。
程序截屏如图6:
»
S=tf('
s'
);
G=(100)/(s*34-12*s*2+25*s+50):
T=feedback(ss(G),1):
step(T)
s=tf('
):
G=(400)/(sa3+12*sa2+25*s+50):
T=feedback(ss(G),1):
G=(250)/(sa3+12*sa2+25*s+50):
3、利用Simulink设计控制器
我们选择最常见的PID控制方法来设计控制器
添加控制器之前,如图7
图7
示波器波形为图8所示
图8
搭建系统控制器如图9下:
图9
系统阶跃响应如图10和图11(把超调部分放大)所示
图10
图11
此时系统超调量为2%,调整时间为2s,性能较好。
此时控制器传递函数为
、1・5$~+6s+1
G(s)=
四、实验结论
无人机舵系统的传递函数为
心皿—
QG)(?
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二250/3。
然后通过Simulink仿真确定PID控制器参数为Kp=6,Ki=l,Kd=l.5O
因此,控制器传递函数为
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。