基于matlab的汽车运动控制系统设计仿真

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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15汽车运动控制系统仿真设计10级自动化2班姜鹏2010133234目录摘要2一、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3四、控制器设计过程和控制方案44.1、系统建模44.2、系统的开环阶跃响应44.3、PID控制器的设计54.3.1比例（P）控制器的设计64.3.2比例积分（PI）控制器设计84.3.3比例积分微分(PID)控制器设计9五、

2、Simulink控制系统仿真设计及其PID参数整定105.1利用Simulink对于传递函数的系统仿真105.1.1输入为600N时，KP=600、KI=100、KD=100115.1.2输入为600N时，KP=700、KI=100、KD=100115.2PID参数整定的设计过程125.2.1未加校正装置的系统阶跃响应：125.2.2PID校正装置设计13六、收获和体会13参考文献1415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

3、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15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

4、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：（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），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=60N·s/m，

5、汽车的驱动力u=600N。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％。1.写出控制系统的数学模型。151.求系统的开环阶跃响应。2.PID控制器的设计（1）比例（P）控制器的设计（2）比例积分（PI）控制器的设计（3）比例积分微分（PID）控制器的设计3.利用Simulink进行仿真设计。四、控制器设计过程和控制方案质量m摩擦力b

6、v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（2）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：（4）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，利用串联校正的原理，以及参数变化对系统响应的影响，对静态和动态性能指标进行具体的分析，最终设计出满足我们需要的控制系统。具

7、体设计过程如下：15根据前面的分析，我们已经清楚了，系统在未加入任何校正环节时的传递函数，见表达式(4)，下面我们绘制原始系统的阶跃响应曲线，相应的程序代码如下:clear;m=1200;b=60;num=[1];den=[m,b];disp('Ôϵͳ´«º¯Îª:')printsys(num,den);t=0:0.01:120;step(10*num,den,t);axis([012000.2]);title('ϵͳÊä³ö');xlabel('Time-sec');ylabe1('Response-vahie');grid;text(45

8、,0.7,'Ôϵͳ')得到的系统开环阶跃响应如图所示。从图2中可以看出，系统的开环响应曲线未产生振荡，属