无人机课程实验报告Word格式文档下载.docx

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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；

时，系统的阶跃响应发；

时，，系统的阶跃响应收敛；

时，系统的阶跃响应发散；

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。