1、2022年秋季學期?無人機控制系統?課程實驗報告院系：班號：學號：2022年10月 14日審閱教師： 實驗成績：一、實驗目的1、了解無人機控制系統的設計方法；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、實驗內容1、試驗對象：無人機俯仰角控制系統設計2、 參數：？無人機舵系統傳遞函數為：亠廻c(s)0.1s 1?升降舵偏角與姿態角之間的傳遞函數為：(s)32e(s) s 2s 53、要求:?畫出系統根軌跡圖；?分別用根軌跡法和增益調試的方法求出系統最大增益；?利用Simulink對系統進行仿真和參數調試，并給出最終控制器 及控制效果圖三、實驗

2、步驟1、畫出系統根軌跡圖系統的傳遞函數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的Kp對應最大增益，此時系統臨界穩定如圖2，Kp=83.5為了求解方便，Kp近似等于250/3，此時系統的傳遞函數為G(s)(s)250c(s)(s2 2s 5)(s 10)此時系統開環放大倍數為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接下來用增益調試法確定最大增益。系統的傳遞函數為G(s)上二江c(s) (s2 2s 5)(s 10)當Kp=100/3時，系統單位階躍響應收斂。單位階躍響應如以下圖3所示Step Response246B1012Time (seconds)8G 40_O4iprlt£_dluv圖3當Kp=400/3時，系統單位階躍響應收斂。單位階躍響應如以下圖4所示OJpnl 二eLp<S

4、tep Response50100Time (seconcs)當Kp=250/3時，系統單位階躍響應收斂。單位階躍響應如以下 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設計控制器我們選擇最常見的PID控制方法來設計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搭建系統控制器如圖9下:系統階躍響應如圖10和圖11把超調局部放大所示圖10圖11此時系統超調量為2%調整時間為2s,性能較好。此時控制器傳遞函數為G(s)1.5s2 6s 1四、實驗結論無人機舵系統的傳遞函數為G(s)c(s)3kp(s2 2s 5)(s 10)通過選取適當的PID控制器，系統可以有很不錯的動態性能。分別用根軌跡法和增益調試的方法求出系統最大增益為Kp=250/3。然后通過Simulink