控制系统实践教学资料：13组直升机实验报告

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1、研究生自动控制专业实验地点：A区主楼518房间姓名：胡红伟实验日期：2016年4戶16B斑号：15S0451学号：15S004086组号：13组同组人：许林杨，张延琪，邱化强，张登辉成绩：教师签字：直升机系统实验报告主编：钱玉恒，杨亚非哈工大航天学院控制科学实验室直升机控制系统实验报告-、实验内容1、PID控制部分为了调整俯仰轴的稳定（给定俯仰角20°）,让横侧轴和旋转轴控制参数全部为0o1.1PID控制仿真PID控制仿真系统Step!图1.PID控制仿真系统mStep3个通道的PID控制器结构分别如下图2.PID控制器结构图仿真结果按照实验报告的要求，基于LQR状态反馈实现俯仰角

2、高度为15。，旋转速度为15°m/5所得到的三个通道的仿真结果分别如下图3.基于LQR状态反馈实现俯仰角高度为20。，旋转速度为15°m/51通道仿真结果图图4.基于LQR状态反馈实现俯仰角高度为20。，旋转速度为15Fi/$2通道仿真结果图图5.基于LQR状态反馈实现俯仰角高度为20°,旋转速度为15°m/.v3通道仿真结果图仿真分析(l)LQR控制中，系统的快速响应越好，且震荡幅度较小。PID控制中，每个通道的收敛速度及超调不一致。1.2实际测试结果图6.Ke戶.15、心二0.15、Ked=7・3726由图像可以看出，系统在稳态后的波动较大，所以我们增大阻尼。图7.K沪1.15

3、、K犷0.15、也二7.4俯仰轴将Km适度增大，可以看出波动确实变小，但是仍不符合期望，此时我们适当调整K“和K"图&K戶.15、心二0.1、Ked=7从图像中可以看出，曲线的参数符合期望要求的误差为1°,满足控制系统的要求。加入横侧角和旋转速度控制参数>横侧角控制参数：心二0.25、心•二0.18、Ked=l>旋转速度控制参数：K戶.02、心二0.4、Ked=0.06横侧角图9.岛尸0.25、位产0.18、Ked=直升机・3°处來回抖动，稳态误差为0.5°。旋转速度图10.Kep=1.02、Kei=0.4、Ked=0.06角度基本均匀增加，旋转角速度基本固定。仿真与实验的关系通

4、过以上结果可以对比看岀仿真和实际实验结果还是有一定的出入的，但仿真对我们进行实验也起到了一个引导的作用。2、LQR控制部分与PID相类似，首先调整俯仰轴，使其稳定。2」LQR控制仿真系统图10.LQR控制仿真系统参数初始化过程为A=io100000;0000000;1000000;0000100;0000000;0002.07000;0000010]B=[05.820063.9400;05.8200-63.9400]';C=[l000000;0001000;0000010];D=[000;000]';Q=diag([l111111J);R=rio；oi]；K=lqr(A,B,Q,R

5、);仿真结果按照实验报告的要求，基于LQR状态反馈实现俯仰角高度为15。，旋转速度俯仰轴>K=[l.80.50.250.080.150.010.80.5；120.25-0.08-0.15-0.01-1-0.5]俯仰轴的角度稳态后波动很大，调整K参数。系统的稳态误差小于1°,满足控制系统的动态要求。横侧角旋转速度可见LQR的控制效果优于PID控制。二、试验思考题分析仿真与实验的关系。仿真对实验起到引导的作用，而实验又可以验证仿真的正确性。仿真是整个工程的基础，也可以理解为理论设计阶段，实验可以理解为理论的实现与验证。在实际的科学理论研究中，仿真和实验两者互相依存，两者缺一不可。谈谈实

6、验感受。本组的控制系统实验为直升机，在开始实验的时候需要明白三个控制量Z间的关系，其川俯仰轴为单独闭环，横侧角和旋转速度为联合闭环，需要先忽略横侧角和旋转速度，进行俯仰轴实验，当俯仰轴参数调好后，在调节横侧角和旋转速度，这样可以完成整个控制系统的控制，在其他实际控制系统的实现过程中，当出现多个控制量时应该区分需要先控制哪个控制量，进行单变量的控制实现，Z后再完成整个系统控制。所以，控制系统可以分成儿个组成部分，不管多复杂，只要可以搞清楚各个组成部分之间的关系，就可以找到解决方法，完成整个系统的设计和验证。