无人机实验报告无人机实验报告2017年秋季学期无人机控制系统课程实验报告院系：班号：学号：姓名：2017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：e(s)0.1c(s)0.1s1? 升降舵偏角与姿态角之间的传递函数为：(s) 3e(s)s22s53、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、实验步骤1、画出系统根轨迹图系统的传递函数(s)3kpG(s)(s22s5)(s10)，c(s)在MATLAB中输入以下指令num=3; den=conv(125,110); rlocus(num,den)画出根轨迹图1如下:图12. 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,此时系统的传递函数为(s)250G(s)(s22s5)(s10)c(s)此时系统开环放大倍数为5。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(s)3kpG(s)(s22s5)(s10)c(s)当Kp=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。图3当Kp=400/3时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如下图4 所示。图4当Kp=250/3时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如下图5 所示。图5由此可见，Kp=250/3为最大增益。程序截屏如图6：图63、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G(s)1.5s26s1s四、实验结论无人机舵系统的传递函数为(s)3kpG(s)(s22s5)(s10)c(s)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仿真确定PID控制器参数为Kp=6,Ki=1,Kd=1.5。因此，控制器传递函数为G(s)1.5s26s1s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。