無人機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、2022年秋季學(xué)期?無人機(jī)控制系統(tǒng)?課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告院系：班號(hào)：學(xué)號(hào)：2022年10月 14日審閱教師： 實(shí)驗(yàn)成績(jī)：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解無人機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、試驗(yàn)對(duì)象：無人機(jī)俯仰角控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2、 參數(shù)：？無人機(jī)舵系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：亠廻c(s)0.1s 1?升降舵偏角與姿態(tài)角之間的傳遞函數(shù)為：(s)32e(s) s 2s 53、要求:?畫出系統(tǒng)根軌跡圖；?分別用根軌跡法和增益調(diào)試的方法求出系統(tǒng)最大增益；?利用Simulink對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和參數(shù)調(diào)試，并給出最終控制器 及控制效果圖三、實(shí)驗(yàn)

2、步驟1、畫出系統(tǒng)根軌跡圖系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G(s)(s)3kpc(s) (s2 2s 5)(s 10)，在MATLAB輸入以下指令num=3;>> den=co nv(1 2 5,1 10);>> rlocus (nu m,de n)畫出根軌跡圖1如下：Root Locus圖1中根軌跡與虛軸交點(diǎn)的Kp對(duì)應(yīng)最大增益，此時(shí)系統(tǒng)臨界穩(wěn)定如圖2，Kp=83.5為了求解方便，Kp近似等于250/3，此時(shí)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)(s)250c(s)(s2 2s 5)(s 10)此時(shí)系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)為5K&Ol LOCUS/ / / /Syste-rn srys31ft aS.5

3、Pde 0KM214 * 5iDampi尊-fi.000427Overshool (%r 1QOFraWflfKV ITdrG i) 5IIQReal Axis i&BGonds"1)圖2接下來用增益調(diào)試法確定最大增益。系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)上二江c(s) (s2 2s 5)(s 10)當(dāng)Kp=100/3時(shí)，系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)收斂。單位階躍響應(yīng)如以下圖3所示Step Response246B1012Time (seconds)8G 40_O4iprlt£_dluv圖3當(dāng)Kp=400/3時(shí)，系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)收斂。單位階躍響應(yīng)如以下圖4所示OJpnl 二eLp<S

4、tep Response50100Time (seconcs)當(dāng)Kp=250/3時(shí)，系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)收斂。單位階躍響應(yīng)如以下 圖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)圖5由此可見，Kp=250/3為最大增益。程序截屏如圖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設(shè)計(jì)控制器我們選擇最常見的PID控制方法來設(shè)計(jì)控制器添加控制器之前，如圖7圖7示波器波形為圖8所示圖8搭建系統(tǒng)控制器如圖9下:系統(tǒng)階躍響應(yīng)如圖10和圖11把超調(diào)局部放大所示圖10圖11此時(shí)系統(tǒng)超調(diào)量為2%調(diào)整時(shí)間為2s,性能較好。此時(shí)控制器傳遞函數(shù)為G(s)1.5s2 6s 1四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論無人機(jī)舵系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)c(s)3kp(s2 2s 5)(s 10)通過選取適當(dāng)?shù)腜ID控制器，系統(tǒng)可以有很不錯(cuò)的動(dòng)態(tài)性能。分別用根軌跡法和增益調(diào)試的方法求出系統(tǒng)最大增益為Kp=250/3。然后通過Simulink