電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、真誠(chéng)為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請(qǐng)指正。物理與電子工程學(xué)院 自動(dòng)控制原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告書 設(shè)計(jì)題目 電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí)： 2012級(jí)自動(dòng)化二班 學(xué)生姓名: 金世傳 學(xué) 號(hào): 2012341232 指導(dǎo)教師： 樊炳航 2015年 6月 22日- 12 - / 17物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)： 自動(dòng)化 班級(jí)： 2012自動(dòng)化本科2班 學(xué)生姓名金世傳學(xué)號(hào)2012341232課程名稱現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)題目電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目的、主要內(nèi)容（參數(shù)、方法）及要求電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：1、 查資料，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型2、 寫出給定任意參數(shù)，分析頻域性能和時(shí)域性

2、能3、 設(shè)定更好的性能指標(biāo)，并利用根軌跡或者頻域校正實(shí)現(xiàn)，也可以利用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)。4、 利用matlab畫出相應(yīng)的時(shí)域、頻域圖,比較校正前后的效果5、 利用自動(dòng)控制原理知識(shí)分析所得到的系統(tǒng)信息工作量14天時(shí)間，每天2學(xué)時(shí)，共計(jì)28學(xué)時(shí)進(jìn)度安排（1） 前20個(gè)學(xué)時(shí)建立模型、頻域、時(shí)域分析（2） 后8個(gè)學(xué)時(shí)畫伯德圖matlab仿真及其寫報(bào)告主要參考資料1 單長(zhǎng)吉,李林 simulink在r-l-c電路中的分析應(yīng)用j.昭通師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào).  2 張曉華.系統(tǒng)建模與仿真m. 清華大學(xué)出版社. 2006-12-01 3王國(guó)志 . 王紅艷 . simulink

3、在電力電子系統(tǒng)中的應(yīng)用j.許昌學(xué)院學(xué)報(bào).20094張翔.趙韓.錢立軍.advicor軟件的混合仿真方法j.計(jì)算機(jī)仿真2005，（2）12-15指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字摘 要本設(shè)計(jì)依據(jù)經(jīng)典自動(dòng)控制原理，首先在理論上從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面分析了火星漫游車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并借助仿真軟件matlab（矩陣實(shí)驗(yàn)室）繪制了其頻域特性圖像。最后使用校正原理中串聯(lián)超前校正法和三頻段概念對(duì)該系統(tǒng)在頻域上進(jìn)行了串聯(lián)超前校正，使其達(dá)到一定的穩(wěn)定要求。在分析的過程及校正的過程中大量使用了仿真軟件matlab（矩陣實(shí)驗(yàn)室），其繪制出來的曲線精準(zhǔn)、清晰，保證了結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：電動(dòng)車控制；自動(dòng)控制原理；

4、matlab目 錄0 引言- 1 -1 概述- 1 -2 數(shù)學(xué)模型- 2 -3系統(tǒng)穩(wěn)定性分析- 4 -3.1時(shí)域分析法- 4 -3.2根軌跡分析法- 6 -3.3頻域分析法- 7 -4 心得體會(huì)- 8 -參考文獻(xiàn)- 8 -附錄- 9 -0 引言隨著時(shí)代的變遷，電動(dòng)車已成為未來交通工具的主力軍。電動(dòng)車環(huán)保節(jié)能，制造工藝簡(jiǎn)單，可以大批量生產(chǎn)，使用方便，不僅如此，還可以回收利用，是新時(shí)代發(fā)展前進(jìn)的科技產(chǎn)物，未來有很大的發(fā)展空間。1 概述本設(shè)計(jì)的主要目的是研究電動(dòng)車控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析。如圖1-1（a），是近年來使用廣泛的電動(dòng)車，該電動(dòng)車以電池為儲(chǔ)能元件，后輪和前輪是由電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，提供行駛

5、的動(dòng)力。配合車檔位的油門裝置實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。其原理圖如圖1-1（b）圖1-1(a)動(dòng)力拖動(dòng)系統(tǒng)和控制器電動(dòng)機(jī)檔位圖1-1（b）2 數(shù)學(xué)模型2.1 整流裝置數(shù)學(xué)模型經(jīng)過查閱相關(guān)資料，整流裝置采用由mosfet、igbt或gto等全控型電力電子器件構(gòu)成的橋式電路，可近似看作為一階慣性環(huán)節(jié)，則整流裝置的數(shù)學(xué)模型為： 式(2-1-1)式中，為電力電子器件的放大倍數(shù)，為橋式整流電路的失控時(shí)間2.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在額定勵(lì)磁下的等效電路如圖2-2-1所示，假定動(dòng)態(tài)主電路電流連續(xù)，動(dòng)態(tài)電壓方程如式（2-2-1）。 式(2-2-1)忽略粘性摩擦，則電動(dòng)機(jī)軸上的動(dòng)力學(xué)方程如式（2-2-2）

6、。 式(2-2-2)其中，是包含電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，是電力拖動(dòng)裝置折算到電動(dòng)機(jī)上的飛輪慣量。額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩分別如式（2-2-3）和（2-2-4）所示。 式(2-2-3) 式(2-2-4)其中，是電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)為方便計(jì)算，我們定義下列時(shí)間常數(shù)：表示電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)， 式(2-2-5)表示電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)， 式(2-2-6)將式（2-2-3）、式(2-2-4)、式(2-2-5)和式(2-2-6)代入式(2-2-1)和式(2-2-2)中，整理可得： 式(2-2-7) 式(2-2-8)式中為負(fù)載電流，在零初始條件下，對(duì)式(2-2-7)和式（2-2-8）

7、進(jìn)行拉普拉斯變換，最后便可得到下列式（2-2-9）和式（2-2-10）。 式(2-2-9) 式(2-2-10)將式（2-2-9)和式（2-2-10)繪制成結(jié)構(gòu)框圖得 圖2-2-1 電動(dòng)機(jī)模型忽略電動(dòng)機(jī)的負(fù)載擾動(dòng)，也即忽略，則電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型如下： 式(2-2-11)為了方便計(jì)算，暫且人為設(shè)定電動(dòng)機(jī)的各參數(shù)：，再2.1章節(jié)結(jié)合本章節(jié)內(nèi)容便可得到圖1-1-2所示的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖（2-2-2）所示 圖2-2-2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 3.1時(shí)域分析法忽略轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制器asr，則可以得到圖2-2-2所示系統(tǒng)在單位負(fù)反饋下的閉環(huán)傳遞函數(shù)如式（3-1-1）所示： 式(3-1-1)使

8、用matlab繪制的單位階躍響應(yīng)如圖3-1-1所示，（程序見附錄1）圖3-1-1 單位階躍響應(yīng)由閉環(huán)傳遞函數(shù)可知，該系統(tǒng)是一個(gè)高階系統(tǒng)，其閉環(huán)極點(diǎn)和零點(diǎn)在左半s開平面上雖有各種分布模式，但距虛軸的距離各有不同，距虛軸最近的極點(diǎn)周圍沒有閉環(huán)零點(diǎn)，其他的極點(diǎn)又遠(yuǎn)離虛軸，則這個(gè)極點(diǎn)歲時(shí)間的推移衰減速度緩慢，在系統(tǒng)的響應(yīng)過程中起到主導(dǎo)作用，這樣的閉環(huán)極點(diǎn)稱作閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)。對(duì)與高階系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的確定比較復(fù)雜，工程上常采用閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的概念對(duì)高階系統(tǒng)進(jìn)行近似分析。根據(jù)式（3-1-1)求得極點(diǎn)為: （-3，0）， （-0.5，-1.5）（-0.5,1.5 ）使用matlab繪制的零極點(diǎn)分布圖如圖3-

9、1-2：（程序見附錄2） 圖3-1-2 系統(tǒng)零極點(diǎn)分布圖在圖3-1-2中，可以明顯的看出，和這對(duì)共軛復(fù)根最靠近虛軸，并且這個(gè)極點(diǎn)遠(yuǎn)離、，則可以認(rèn)為和這對(duì)極點(diǎn)為主導(dǎo)極點(diǎn)。根據(jù)主導(dǎo)極點(diǎn)的概念，可以用主導(dǎo)極點(diǎn)構(gòu)成的二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)三階系統(tǒng)的評(píng)動(dòng)態(tài)性能估。、組成二階系統(tǒng)為： 式(3-1-2)3.2根軌跡分析法1、根軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)由圖2-2-2可得到系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如式(3-2-1）所示，根軌跡的起點(diǎn)為（-10，0）、（ -0.5，0.553）、（-0.5，-0.553），終點(diǎn)為無窮遠(yuǎn)處。 式(3-2-1）2、根軌跡的分支數(shù)、對(duì)稱性、連續(xù)性分支數(shù)為3，關(guān)于x軸對(duì)稱。3、根軌跡的漸近線 式

10、(3-2-2）由式(3-2-2）解得與實(shí)軸的交角,k=0、1、2時(shí)：/3、5/3。 式(3-2-3）由式(3-2-1）開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)可得，=-4，=0，則根據(jù)式(3-2-3）可以求得=-1.33，則漸近線和實(shí)軸交點(diǎn)為（-1.33,0）。4、根軌跡在實(shí)軸上的分布根軌跡的分布區(qū)間為：-1，-0.38、- -2.63。5、根軌跡的分離點(diǎn)與分離角由公式可解得分離點(diǎn)：d=-0.667。6、與虛軸的交點(diǎn)令s=,代入式(3-2-1），同時(shí)使實(shí)部為0，可以解得和虛軸的交點(diǎn)為（0,2）和（0，-2）。使用matlab繪制的根軌跡圖如圖（3-1）。（程序見附錄3）圖 3-2-1 系統(tǒng)的根軌跡根據(jù)根軌跡圖， k在

11、0 0.0926區(qū)間內(nèi)，有相同的實(shí)根，處于過阻尼狀態(tài)，系統(tǒng)無超調(diào)，k在0 7.8對(duì)應(yīng)的存在兩個(gè)具有負(fù)實(shí)部的共軛復(fù)根和一個(gè)正虛根，階躍響應(yīng)為衰減震蕩過程，當(dāng)k在7.8 時(shí)，存在正實(shí)根，則階躍響應(yīng)為發(fā)散不收斂的。由圖 3-2-1所示的根軌跡圖，結(jié)合主導(dǎo)極點(diǎn)的概念，左側(cè)實(shí)軸上的根軌跡忽略不計(jì)，從而用二階系統(tǒng)近似三階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，則當(dāng)取某一k值時(shí)，將對(duì)應(yīng)有一對(duì)共軛復(fù)根，它們構(gòu)成一個(gè)二階系統(tǒng)，則可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分析，求得相應(yīng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。3.3 頻域分析法控制系統(tǒng)中的信號(hào)可以表示成不同頻率正弦信號(hào)的合成，系統(tǒng)的頻率特性反映了正弦信號(hào)作用下系統(tǒng)響應(yīng)的性能，應(yīng)用頻率特性研究線性系統(tǒng)的經(jīng)典方法稱為頻域分析法。利

12、用matlab繪制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性，如圖3-3-1所示。（程序見附錄4。）圖3-3-1 開環(huán)頻率特性由圖3-3-1可知，在幅頻曲線大于零時(shí)，相頻曲線未穿越-180°線，則n=0，的開環(huán)正實(shí)部極點(diǎn)個(gè)數(shù)p=0，則有閉環(huán)正實(shí)部極點(diǎn)個(gè)數(shù)z=p+2n=0，系統(tǒng)穩(wěn)定，其中相角裕度為85.6°，幅值裕度為17.5db4、心得體會(huì)通過此次的系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)，使我的理論知識(shí)有所鞏固，以實(shí)踐加深對(duì)理論的運(yùn)用，是學(xué)好系統(tǒng)控制的好方法。沒有與工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)結(jié)合的技術(shù)是不成熟的技術(shù)，唯有與工業(yè)接軌，不斷的更新自己的理念，做到更好。參考文獻(xiàn)1胡壽松.自動(dòng)控制原理(第五版)m .北京：科學(xué)出版社.

13、2007.2張德豐. matlab控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真m .北京：電子工業(yè)出版社.20103王暄，曹輝，馬永華 . 電機(jī)拖動(dòng)及其控制技術(shù)m中國(guó)電力出版社 2010-7-1附錄附錄1>> num=2;>> den=1 4 4 1;>> g=tf(num,den)>> g=feedback(g,1)>> t=0:0.01:15;>> step(g,t)附錄2num=2;>> den=1 4 4 3;>> g=tf(num,den)>> zplane(num,den)>>

14、zpk(g)附錄3 >> num=2;>> den=1 4 4 1;>> rlocus(num,den)附錄4>> num=2;>> den=1 4 4 1;>>kaig=tf(num,den);>> margin(kaig)課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表院系： 物理與電子工程學(xué)院 班級(jí)： 自動(dòng)化2班 姓名： 金世傳 學(xué)號(hào)： 2012341232 項(xiàng)目分值優(yōu)秀(x90%)良好(90%>x80%)中等(80%>x70%)及格(70%>x60%)不及格(x<60%)評(píng)分參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參

15、考標(biāo)準(zhǔn)平時(shí)考核20學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，嚴(yán)格保證設(shè)計(jì)時(shí)間并按任務(wù)書中規(guī)定的進(jìn)度開展各項(xiàng)工作。學(xué)習(xí)態(tài)度比較認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)良好，能按期圓滿完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)。學(xué)習(xí)態(tài)度尚好，遵守組織紀(jì)律，基本保證設(shè)計(jì)時(shí)間，按期完成各項(xiàng)工作。學(xué)習(xí)態(tài)度尚可，能遵守組織紀(jì)律，能按期完成任務(wù)。學(xué)習(xí)馬虎，紀(jì)律渙散，工作作風(fēng)不嚴(yán)謹(jǐn),不能保證設(shè)計(jì)時(shí)間和進(jìn)度。課程設(shè)計(jì)報(bào)告報(bào)告內(nèi)容組織書寫20結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)，層次清晰，語言準(zhǔn)確，文字流暢，完全符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計(jì)算機(jī)打印成文；圖紙非常工整、清晰。結(jié)構(gòu)合理，符合邏輯，文章層次分明，語言準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計(jì)算機(jī)打印成文；圖紙工整、清晰。結(jié)構(gòu)合理，層次較為分明，文理通順，基本達(dá)到規(guī)范化要求，書寫比較工整；圖紙比較工整、清晰。結(jié)構(gòu)基本合理，邏輯基本清楚，文字尚通順，勉強(qiáng)達(dá)到規(guī)范化要求；圖紙比較工整。內(nèi)容空泛，結(jié)構(gòu)混亂，文字表達(dá)不清，錯(cuò)別字較多，達(dá)不到規(guī)范化要求；圖紙不工整或不清晰。技術(shù)水平20設(shè)計(jì)合理、理論分析與計(jì)算正確，文獻(xiàn)查閱能力強(qiáng)、引用合理、調(diào)查調(diào)研