无人机实验报告
f2017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：
f2017年10月14日
f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：es01
cs01s1
升降舵偏角与姿态角之间的传递函数为：
3、要求：
s
3
ess22s5
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Simuli
k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。
f三、实验步骤
1、画出系统根轨迹图
系统的传递函数
Gs

scs

s2

3kp2s5s
10
，
在MATLAB中输入以下指令
um3de
co
v125110rlocus
umde
画出根轨迹图1如下
图1
2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
f定（如图2），Kp835为了求解方便，Kp近似等于2503此时系统
的传递函数为
Gs

scs

s2

2502s5s
10
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
Gs

scs

s2

3kp2s5s
10
当Kp1003时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如下图
3所示。
f图3
当Kp4003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Kp2503时，系统单位阶跃响应收敛。单位阶跃响应如下图
f5所示。
图5
由此可见，Kp2503为最大增益。程序截屏如图6：
图6
f3、利用Simuli
k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
示波器波形为图8所示
图7
搭建系统控制器如图9下：
图8
f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
f15s26s1Gs
s
四、实验结论
无人机舵系统的传递函数为
Gs

scs

s2

3kp2s5s
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Kp2503。
然后通过Simuli
k仿真确定PID控制器参数为Kp6Ki1Kd15。
因此，控制器传递函数为
15s26s1Gs
s
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。
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