基于matlab的汽车运动控制系统设计仿真.docVIP

PAGE PAGE 1 课 程 设 计 题 目 汽车运动控制系统仿真设计 学 院 计算机科学与信息工程学院 班 级 2010级自动化 班 小组成员 姜木北：2010133*** 指导教师 吴 2013 年 12 月 13 日 汽车运动控制系统仿真设计 10级自动化2班 姜鹏 2010133234 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 摘要 2 一、课设目的 3 二、控制对象分析 3 2.1、控制设计对象结构示意图 3 2.2、机构特征 3 三、课设设计要求 3 四、控制器设计过程和控制方案 4 4.1、系统建模 4 4.2、系统的开环阶跃响应 4 4.3、PID控制器的设计 5 4.3.1比例（P）控制器的设计 6 4.3.2比例积分（PI）控制器设计 8 4.3.3比例积分微分(PID)控制器设计 9 五、Simulink控制系统仿真设计及其PID参数整定 10 5.1利用Simulink对于传递函数的系统仿真 10 5.1.1 输入为600N时，KP=600、KI=100、KD=100 11 5.1.2输入为600N时，KP=700、KI=100、KD=100 11 5.2 PID参数整定的设计过程 12 5.2.1未加校正装置的系统阶跃响应： 12 5.2.2 PID校正装置设计 13 六、收获和体会 13 参考文献 14 摘要 本课题以汽车运动控制系统的设计为应用背景，利用MATLAB语言对其进行设计与仿真.首先对汽车的运动原理进行分析，建立控制系统模型，确定期望的静态指标稳态误差和动态指标搬调量和上升时间，最终应用MATLAB环境下的.m文件来实现汽车运动控制系统的设计。其中.m文件用step函数语句来绘制阶跃响应曲线，根据曲线中指标的变化进行P、PI、PID校正；同时对其控制系统建立Simulink进行仿真且进行PID参数整定。仿真结果表明，参数PID控制能使系统达到满意的控制效果，对进一步应用研究具有参考价值，是汽车运动控制系统设计的优秀手段之一。 关键词：运动控制系统 PID仿真 稳态误差 最大超调量 汽车运动控制系统仿真设计 一、课设目的 针对具体的设计对象进行数学建模，然后运用经典控制理论知识 设计控制器，并应用Matlab进行仿真分析。通过本次课程设计，建立理论知识与实体对象之间的联系，加深和巩固所学的控制理论知识，增加工程实践能力。 二、控制对象分析 2.1、控制设计对象结构示意图 图1. 汽车运动示意图 2.2、机构特征 汽车运动控制系统如图1所示。忽略车轮的转动惯量，且假定汽车受到的摩擦阻力大小与运动速度成正比，方向与汽车运动方向相反。 根据牛顿运动定律，该系统的模型表示为： QUOTE （1） 其中，u为汽车驱动力（系统输入），m为汽车质量，b为摩擦阻力与运动速度之间的比例系数，为汽车速度（系统输出）， QUOTE 为汽车加速度。 对系统的参数进行如下设定： 汽车质量m=1200kg，比例系数b=60 N·s/m，汽车的驱动力u=600 N。 三、课设设计要求 当汽车的驱动力为600N时，汽车将在5秒内达到10m/s的最大速度。由于该系统为简单的运动控制系统，因此将系统设计成10％的最大超调量和2％的稳态误差。这样，该汽车运动控制系统的性能指标设定为：上升时间：5s；最大超调量：10％；稳态误差：2％。 写出控制系统的数学模型。 求系统的开环阶跃响应。 PID控制器的设计 比例（P）控制器的设计 比例积分（PI）控制器的设计 比例积分微分（PID）控制器的设计 利用Simulink进行仿真设计。 四、控制器设计过程和控制方案 质量 质量m 摩擦力bv 驱动力u 速度v 加速度 4.1、系统建模 为了得到控制系统传递函数，对式（1）进行拉普拉斯变换，假定系数的初始条件为零，则动态系统的拉普拉斯变换为既然系统输出是汽车的速度，用Y（s）替代v（s），得到 msVs+bVs 由于系统输出是汽车的运动速度，用Y(S)替代V(s)，得到： （3） 该控制系统汽车运动控制系统模型的传递函数为： Y(S)U(S)= 由此，建立了系统模型。 4.2、系统的开环阶跃响应 根据我们建立的数学模型，我们从系统的原始状态出发，根据阶跃响应曲线，利用