无人机实验报告

1、2022年秋季学期?无人机控制系统?课程实验报告院系：班号：学号：2022年10月 14日审阅教师： 实验成绩：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MATLA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：亠廻c(s)0.1s 1?升降舵偏角与姿态角之间的传递函数为：(s)32e(s) s 2s 53、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

2、步骤1、画出系统根轨迹图系统的传递函数G(s)(s)3kpc(s) (s2 2s 5)(s 10)，在MATLAB输入以下指令num=3;>> den=co nv(1 2 5,1 10);>> rlocus (nu m,de n)画出根轨迹图1如下：Root Locus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，此时系统的传递函数为G(s)(s)250c(s)(s2 2s 5)(s 10)此时系统开环放大倍数为5K&Ol LOCUS/ / / /Syste-rn srys31ft aS.5

3、Pde 0KM214 * 5iDampi尊-fi.000427Overshool (%r 1QOFraWflfKV ITdrG i) 5IIQReal Axis i&BGonds"1)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)上二江c(s) (s2 2s 5)(s 10)当Kp=100/3时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如以下图3所示Step Response246B1012Time (seconds)8G 40_O4iprlt£_dluv图3当Kp=400/3时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如以下图4所示OJpnl 二eLp<S

4、tep Response50100Time (seconcs)当Kp=250/3时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如以下 图5所示E.1- l L J.MJ _u 6 4 2-18 6 4 2- o1.1.1 o a 00.OJpnl 一 g<Step Response111E1F111 ill 1 u Ul 11 11111 II III111JJi101020253035Time (seconds)图5由此可见，Kp=250/3为最大增益。程序截屏如图6：I » 3 = tf (Q)：G =(100)/(s'3+12*s+25*s+50):T fesdbaek

5、(ss (G) n 1):step (T)» s - tf (TsT)：& =<4Q0)/(s"3+12*s"2+2o*s+0):T = feedback (ss <G), 1):stap(T)» s = tfmG (250)/(s'3+12*s 2+25*s+50):T feedback (ss (G), 1);step 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:系统阶跃响应如图10和图11把超调局部放大所示图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G(s)1.5s2 6s 1四、实验结论无人机舵系统的传递函数为G(s)c(s)3kp(s2 2s 5)(s 10)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=250/3。然后通过Simulink