汽车运动控制方案

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1、南京工程学院课程设计说明书成绩题目汽车运动控制系统的设计与仿真课程名称MATLAB的控制系统院（系、部、中心）专业）班级学生姓名学号设计时间2012.1.2设计地点基础实验楼B114指导教师2012年1月南京目录一、课设目的3二、控制对象分析32.1、控制设计对象结构示意图32.2、机构特征3三、课设设计要求4四、控制器设计过程和控制方案44.1、系统建模44.2、PTI）控制器的设计4五、控制系统仿真结构图5六、仿真结果及指标66.1对于二阶传递函数的系统仿真66.1.1输入为500N时，Kp二7

2、00、K】二100、心二100。66.1.2输入为50N时，K尸700、K尸100、KD=10076.2PID校正的设计过程76.2.1未加校正装置的系统阶跃响应：76.2.2PID校正装置设计8七、收获和体会9Matlab与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Matldb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2.

3、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:(1)mv+bv=U错误！未找到引用源。y=v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Z间的比例系数，「为汽车速度（系统输出），错误！未找到引用源。为汽车加速度。假定m=00kg,b=50N-s/m,错误！未找到引用源。u=500N错误!未找到引用源。。三、课设设计要求(1)当汽车的驱动力为500N时

4、，汽车将在5s内达到10m/s的稳定速度。(2)当将驱动力撤除后，汽车将在5s内速度降为5m/s(3)最大超调量＜10%,稳态误差〈2%。(4)设计PID控制器，完成上述控制要求。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(2)(3)fmaVO)+bV®=tY(a)=V(s)msY(s)+bY(s)=U(s)该控制系统传递函数为y(s>_iU(S}ma+b(4)由此，建

5、立了系统模型。4.2、PID控制器的设计已知模拟PID控制系统为:模拟PID控制系统模拟PID控制器的微分方程为：u(t)=Kp[e(t)+1[e(t)dt+Tdde^]Ti}dtKp为比例系数；TI为积分吋间常数；TD为微分吋间常数。取拉氏变换，整理后得PTD控制器的传递函数为:1kp（l+—_+丁胪）=Kp+—+KDsTjSs其中:积分系数;Kd=KpTd微分系数。在本题中可知系统的传递两数为丫($)_KdS1+KpS+K]U⑶—(7〃+瓦)川+(b+Kp)s+K]五、控制系统仿真结构图利用MA

6、TLAB的Simulink仿真系统进行本次实验的系统仿真，首先在Simulink仿真系统中画出系统仿真图,如图5-1所示。模拟PID控制系统模拟PID控制器的微分方程为：u(t)=Kp[e(t)+1[e(t)dt+Tdde^]Ti}dtKp为比例系数；TI为积分吋间常数；TD为微分吋间常数。取拉氏变换，整理后得PTD控制器的传递函数为:1kp（l+—_+丁胪）=Kp+—+KDsTjSs其中:积分系数;Kd=KpTd微分系数。在本题中可知系统的传递两数为丫($)_KdS1+KpS+K]U⑶—(7〃+瓦

7、)川+(b+Kp)s+K]五、控制系统仿真结构图利用MATLAB的Simulink仿真系统进行本次实验的系统仿真，首先在Simulink仿真系统中画出系统仿真图,如图5-1所示。图5-1二阶系统仿真图六、仿真结果及指标6.1对于传递函数的系统仿真建立的是路程S—时间t的坐标图，传递函数为F(s)_KdS?+KpS+Kt/($)O〃+Kq)$-+@+Kp)$+K],选择T=o.Is来进行验证。对PTI)控制器中的三个参数Kp、K】、Kd也利用试凑法进行设定。506.1.1输入为500N时,Kp二70

8、0、K尸100、K。二100。111111■JIJJ■•••••••••••(•••••••••••••a•・l・••••••••••••J11JI►■1111••••••••••••>11112108642010203040图6-1.1从图6-1.1中可以看到仿真达到的最大值约为10.25,则最大超调误并为2%远小于10%；由于100s远大于5s,所以我们可以取50s处为无穷远点，读图可知在50s处的值为10,所以其稳态误差为0.4%远小于2%；另外系统在5s时就达