汽車運(yùn)動(dòng)控制方案

汽車運(yùn)動(dòng)控制方案汽車運(yùn)動(dòng)控制方案汽車運(yùn)動(dòng)控制方案資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月汽車運(yùn)動(dòng)控制方案版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：南京工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書成績題目汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真課程名稱MATLAB的控制系統(tǒng)院（系、部、中心）專業(yè)）班級(jí)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)時(shí)間設(shè)計(jì)地點(diǎn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)樓B114指導(dǎo)教師2012年1月南京目錄一、課設(shè)目的 3二、控制對(duì)象分析 3、控制設(shè)計(jì)對(duì)象結(jié)構(gòu)示意圖 3、機(jī)構(gòu)特征 3三、課設(shè)設(shè)計(jì)要求 4四、控制器設(shè)計(jì)過程和控制方案 4、系統(tǒng)建模 4、PID控制器的設(shè)計(jì) 4五、控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖 5六、仿真結(jié)果及指標(biāo) 6對(duì)于二階傳遞函數(shù)的系統(tǒng)仿真 6輸入為500N時(shí)，KP=700、KI=100、KD=100。 6輸入為50N時(shí)，KP=700、KI=100、KD=100 7PID校正的設(shè)計(jì)過程 7未加校正裝置的系統(tǒng)階躍響應(yīng)： 7PID校正裝置設(shè)計(jì) 8七、收獲和體會(huì) 9

Matlab與控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)一、課設(shè)目的針對(duì)具體的設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，然后運(yùn)用經(jīng)典控制理論知識(shí)設(shè)計(jì)控制器，并應(yīng)用Matlab進(jìn)行仿真分析。通過本次課程設(shè)計(jì)，建立理論知識(shí)與實(shí)體對(duì)象之間的聯(lián)系，加深和鞏固所學(xué)的控制理論知識(shí)，增加工程實(shí)踐能力。二、控制對(duì)象分析、控制設(shè)計(jì)對(duì)象結(jié)構(gòu)示意圖圖1.汽車運(yùn)動(dòng)示意圖 、機(jī)構(gòu)特征汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)如圖1所示。忽略車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，且假定汽車受到的摩擦阻力大小與運(yùn)動(dòng)速度成正比，方向與汽車運(yùn)動(dòng)方向相反。根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，該系統(tǒng)的模型表示為：QUOTE（1） 其中，u為汽車驅(qū)動(dòng)力（系統(tǒng)輸入），m為汽車質(zhì)量，b為摩擦阻力與運(yùn)動(dòng)速度之間的比例系數(shù)，為汽車速度（系統(tǒng)輸出），QUOTE為汽車加速度。 假定，，QUOTEQUOTE。三、課設(shè)設(shè)計(jì)要求（1）當(dāng)汽車的驅(qū)動(dòng)力為500N時(shí)，汽車將在5s內(nèi)達(dá)到10m/s的穩(wěn)定速度。（2）當(dāng)將驅(qū)動(dòng)力撤除后，汽車將在5s內(nèi)速度降為5m/s（3）最大超調(diào)量<10%，穩(wěn)態(tài)誤差<2%。（4）設(shè)計(jì)PID控制器，完成上述控制要求。四、控制器設(shè)計(jì)過程和控制方案、系統(tǒng)建模為了得到控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)，對(duì)式（1）進(jìn)行拉普拉斯變換，假定系數(shù)的初始條件為零，則動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的拉普拉斯變換為既然系統(tǒng)輸出是汽車的速度，用Y（s）替代v（s），得到msVs（3）該控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)為Y(S)（4）由此，建立了系統(tǒng)模型。、PID控制器的設(shè)計(jì)已知模擬PID控制系統(tǒng)為：模擬PID控制系統(tǒng)])()(])()(1)([)(0dttdeTdtteTteKtuDtIPKp為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)。取拉氏變換，整理后得PID控制器的傳遞函數(shù)為：其中：——積分系數(shù)；——微分系數(shù)。在本題中可知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：五、控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖利用MATLAB的Simulink仿真系統(tǒng)進(jìn)行本次實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)仿真，首先在Simulink仿真系統(tǒng)中畫出系統(tǒng)仿真圖，如圖5-1所示。圖5-1二階系統(tǒng)仿真圖六、仿真結(jié)果及指標(biāo)對(duì)于傳遞函數(shù)的系統(tǒng)仿真建立的是路程S—時(shí)間t的坐標(biāo)圖，傳遞函數(shù)為，選擇T=來進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)PID控制器中的三個(gè)參數(shù)KP、KI、KD也利用試湊法進(jìn)行設(shè)定。輸入為500N時(shí)，KP=700、KI=100、KD=100。圖從圖中可以看到仿真達(dá)到的最大值約為10.25,則最大超調(diào)誤差為2%遠(yuǎn)小于10%；由于100s遠(yuǎn)大于5s，所以我們可以取50s處為無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，讀圖可知在50s處的值為10，所以其穩(wěn)態(tài)誤差為%遠(yuǎn)小于2%；另外系統(tǒng)在5s時(shí)就達(dá)到了10m/s，滿足題設(shè)要求。輸入為50N時(shí)，KP=700、KI=100、KD=100圖從圖中可以看到仿真達(dá)到的最大值約為,則最大超調(diào)誤差為%遠(yuǎn)小于10%；在30s處的值為5，所以其穩(wěn)態(tài)誤差為0；另外系統(tǒng)在5s時(shí)就達(dá)到了5m/s，符合題設(shè)要求。PID校正的設(shè)計(jì)過程從系統(tǒng)的原始狀態(tài)出發(fā)，根據(jù)階躍響應(yīng)曲線，利用串聯(lián)校正的原理，以及參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響，對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行具體的分析，最終設(shè)計(jì)出滿足我們需要的控制系統(tǒng)。具體設(shè)計(jì)過程如下：未加校正裝置的系統(tǒng)階躍響應(yīng)：系統(tǒng)在未加入任何校正環(huán)節(jié)時(shí)的傳遞函數(shù)表達(dá)式為，相應(yīng)的程序代碼如下: num=[560035]; den=[100565035]; printsys(num,den);bode(num,den,t);得到的系統(tǒng)階躍響應(yīng)如圖所示。從圖中可以看出，系統(tǒng)的開環(huán)響應(yīng)曲線未產(chǎn)生振蕩，屬于過阻尼性質(zhì)。為了大幅度降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，同時(shí)減小上升時(shí)間，我們希望系統(tǒng)各方面的性能指標(biāo)都能達(dá)到一個(gè)滿意的程度，應(yīng)進(jìn)行比例積分微分的綜合，即采用典型的PID校正。圖未加入校正裝置時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線PID校正裝置設(shè)計(jì)對(duì)于本例這種工程控制系統(tǒng)，采用PID校正一般都能取得滿意的控制結(jié)果。此時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為:=Kp，Ki和Kd的選擇一般先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定一個(gè)大致的范圍，然后通過MATLAB繪制的圖形逐步校正。程序代碼為:num=[560035];den=[100565035];[num,den]=cloop([560035],[100565035]);得到加入PID校正后系統(tǒng)的閉環(huán)階躍響應(yīng)如圖所示。從圖3和程序運(yùn)行結(jié)果中可以清楚的知道，系統(tǒng)的靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)，上升時(shí)間小于5s，超調(diào)量小于10%。圖PID校正后系統(tǒng)的閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線七、收獲和體會(huì)通過這次試驗(yàn)，我懂得了更多的知識(shí)，雖然剛開始時(shí)好多都不懂。但是經(jīng)過和同學(xué)的討論，在各位老師的悉心培育下，對(duì)MATLAB的Simulink仿真有了更深的理解。參數(shù)的設(shè)定也是一個(gè)麻煩的過程，采樣周期的選擇既不能過大也不能過小，經(jīng)過分析，最終選擇T=，另外，為滿足題目要求，對(duì)PID控制器中的三個(gè)參數(shù)KP、KI、KD利用試湊法進(jìn)行設(shè)定，這里只能根據(jù)系統(tǒng)以及三個(gè)參數(shù)的特性，反復(fù)的試湊，直到滿足要求。再試湊的