汽車級(jí)Simulink建模與仿真

1、1（車輛工程專業(yè)）2內(nèi)容概覽引例：用 Simulink 對(duì)微分方程建模仿真一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型離合器接合/分離模型防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）半車模型懸架系統(tǒng)3引例用 Simulink 對(duì)下列微分方程進(jìn)行建模仿真uxx 2（u 為常數(shù)）tuetx2)(4基本步驟啟動(dòng) MATLAB啟動(dòng) Simulink新建一個(gè)模型保存模型選擇合適的模塊模塊操作信號(hào)線操作仿真參數(shù)設(shè)置開始仿真5擴(kuò)展步驟示波器設(shè)置多個(gè)示波器分別顯示多條曲線在一個(gè)示波器中顯示多條曲線6實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型根據(jù)下列數(shù)學(xué)模型，用 Simulink 建模仿真。負(fù)載扭矩（輸入）：節(jié)氣門開度（輸入）：7實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型進(jìn)入進(jìn)氣歧管的空氣質(zhì)量速度：

2、8實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型進(jìn)氣歧管的壓力變化速度：9實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型離開進(jìn)氣歧管的空氣質(zhì)量速度（即進(jìn)入氣缸的空氣質(zhì)量速度）：10實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩：11實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型發(fā)動(dòng)機(jī)角加速度：12實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型用到的模塊一覽：常量ConstantSources階躍StepSources示波器ScopeSinks終端TerminatorSinks增益GainMath Operations加減SumMath Operations乘除ProductMath Operations求最值MinMaxMath Operations判正負(fù)SignMath Operations匯總器M

3、uxSignal Routing1.開關(guān)SwitchSignal Routing13實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型用到的模塊一覽：關(guān)系運(yùn)算符Relational Op.Logic & Bit Op.積分器IntegratorContinuous飽和環(huán)節(jié)SaturationDiscontinuites單位延遲Unit DelayDiscrete初始條件ICSignal Attributes函數(shù)FcnUser-Defined Fcn子系統(tǒng)SubSystemPorts & Subsystems輸入In1Ports & Subsystems輸出Out1Ports & Subsystems1.觸發(fā)器Trigge

4、rPorts & Subsystems14作業(yè)完成各個(gè)子系統(tǒng)的建模。下節(jié)課將這些子系統(tǒng)組裝成一個(gè)完整的發(fā)動(dòng)機(jī)模型。15實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型Simulink模型：Nedge180valve timingT_engT_loadNpart7maNT_engpart6NPmdotmaomaopart5dotmaidotmaodotPmPmpart4thetaPmdotmaimaipart3T_loadpart2throttlepart1mass(k+1)mass(k)triggercompressionTerminator3Terminator2Terminator1TerminatorScope1

5、Scope1sIntegrator30/piGain16實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型仿真結(jié)果分析：負(fù)載減小，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高并趨于穩(wěn)定；節(jié)氣門開度增加，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高并趨于穩(wěn)定；負(fù)載增大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降并趨于穩(wěn)定。123發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線17實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制加入一個(gè)離散控制器（PI控制器），通過一個(gè)快速節(jié)氣門執(zhí)行器調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使得負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響最小。18實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制模型Nedge180valve timingspeedsetpointT_engT_loadNpart7maNT_engpart6NPmdotmaomaopart5dot

6、maidotmaodotPmPmpart4thetaPmdotmaimaipart3T_loadpart2mass(k+1)mass(k)triggercompressionTerminator3Terminator2Terminator1TerminatorScope1ScopeDesired rpmNThrottle settingPI controller1sIntegrator30/piGain19實(shí)戰(zhàn)1：一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)模型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線負(fù)載扭矩曲線節(jié)氣門開度曲線20作業(yè)建立一個(gè)完整的帶 PI 轉(zhuǎn)速控制器的 Simulink 發(fā)動(dòng)機(jī)模型（可參考 enginewc.mdl）

7、 。21實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型一個(gè)離合器集中參數(shù)模型22實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型參數(shù)定義：fT23實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型摩擦扭矩：最大動(dòng)摩擦扭矩：最大靜摩擦扭矩：對(duì)于非金屬材料的當(dāng)量半徑24實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型離合器保持接合所需要的摩擦扭矩：25實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型接合/分離的有限狀態(tài)機(jī)（FSM）：接合條件lock分離條件unlock原狀態(tài)mem執(zhí)行動(dòng)作locked說 明0000保持分離態(tài)0011保持接合態(tài)0100保持分離態(tài)0110切換至分離態(tài)1001切換至接合態(tài)1011保持接合態(tài)1101切換至接合態(tài)1110切換至分離態(tài)26實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型基本模塊介

8、紹：使能子系統(tǒng)：當(dāng)使能端口的控制信號(hào)為正時(shí)，子系統(tǒng)執(zhí)行（sys_enable.mdl）；觸發(fā)子系統(tǒng)：子系統(tǒng)只在觸發(fā)事件發(fā)生的時(shí)刻執(zhí)行，并保持該時(shí)刻的輸出直至下一次觸發(fā)事件發(fā)生（sys_trigger.mdl）；邏輯運(yùn)算“NOT”：（sys_not.mdl）；27實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型基本模塊介紹：Hit Crossing：檢測(cè)輸入從指定方向上到達(dá)或通過指定點(diǎn)（sys_hit.mdl）；Goto/From：信號(hào)的跳轉(zhuǎn)。注意 Tag 的可見性；Memory：存儲(chǔ)模塊（sys_memory.mdl）；Combinatorial Logic：組合邏輯模塊；28實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型Simu

9、link模型：TfmaxkTinwvweslippingFnTfmaxkTfmaxspart6TinTfmaxslockedlockunlockTflogicTinwlockedScope2Scope1ScopeNOT1Gain11GainTinFn回調(diào)函數(shù)回調(diào)函數(shù)的使用的使用29實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型仿真曲線：紫色：發(fā)動(dòng)機(jī)輸入扭矩黃色：離合器夾緊力青色：最大靜摩擦扭矩紅色：保持接合的摩擦扭矩30實(shí)戰(zhàn)2：離合器接合/分離模型仿真曲線：紫色：主動(dòng)盤轉(zhuǎn)速黃色：從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速青色：接合后轉(zhuǎn)速31作業(yè)1、復(fù)習(xí)各類基本模塊；2、對(duì)離合器接合/分離模型進(jìn)行建模仿真。32實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）單

10、輪制動(dòng)數(shù)學(xué)模型：rvvRV /vwslip/1brfwTRFdtdIfvFdtdVmzfFF)(slipf00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.9133實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）Simulink模型：wvww1sstoppingdistance1.0 - u(1)/(u(2) + (u(2)=0)*eps)relative slipmu slipfriction curveKfforce &torquebangbangcontroller1sWheelspeedm*g/4Weight1sVehiclespeedsl

11、pyoutSTOPScope5Scope4Scope3Scope2Scope1Scope100TB.s+1Hydraulic Lagctrl1/Rr-1/mRr1/I0.2Desiredrelativeslip1sBrakepressure34實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）基本模塊介紹：傳遞函數(shù)Transfer FcnContinuous查找表Lookup TableLoopup Tables積分器（限幅）IntegratorContinuous終止仿真StopSinks防止“除零”而采取的措施：1.0 u(1) / (u(2) + (u(2) = 0) * eps)必定非零！35實(shí)戰(zhàn)3：防

12、抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）Simulink模型精講bangbang 控制器原理：aEUaEUUnmnmk , ,0 , 10 , 1nnkEEU制動(dòng)系液壓管路：一階慣性環(huán)節(jié)1.100)(sTBsG36實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）仿真曲線：ctrl=1，ABS制動(dòng)滑移率曲線黃色：實(shí)際滑移率車輪角速度曲線紫色：車輪前進(jìn)速度折算角速度黃色：車輪實(shí)際角速度37實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）仿真曲線：ctrl=0，非ABS制動(dòng)滑移率曲線黃色：實(shí)際滑移率車輪角速度曲線紫色：車輪前進(jìn)速度折算角速度黃色：車輪實(shí)際角速度38實(shí)戰(zhàn)3：防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）仿真曲線：ABS制動(dòng)與非ABS制動(dòng)效果對(duì)比020040

13、0600800100012001400160018000100200300400500600700800900ABS制動(dòng)非ABS制動(dòng)制動(dòng)時(shí)間（x10-2s）制動(dòng)距離（feet）39作業(yè)1、復(fù)習(xí)各類基本模塊；2、對(duì)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。40實(shí)戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)半車模型懸架系統(tǒng)：41實(shí)戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)前懸架作用力和扭矩?cái)?shù)學(xué)模型：42實(shí)戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)后懸架作用力和扭矩?cái)?shù)學(xué)模型：43實(shí)戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)力平衡方程：扭矩平衡方程：44實(shí)戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)Simulink模型：1sz1sthetaroadheighttheta dottheta z dotzpitch torquerear forcerear suspensiontheta dottheta z dotzpitch torquefront forcefront suspension1sdotz1sdotthetaFrFfdotzdotthetaMyhMyMbMass1/Mb9.811/Iyy1/Inertia45實(shí)戰(zhàn)4：半車模型懸架系統(tǒng)01234567891