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《汽车系统动力学配套教学课件第2版喻凡 第16章 MATLAB环境下车辆系统建模、仿真、与控制器设计.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第十六章MATLAB环境下车辆系统建模、仿真与控制器设计实例□第一节MATLAB/Simulink软件介绍□第二节实例1□第三节实例2□第四节实例3第一节MATLAB/Simulink软件介绍MATLAB涵盖了数学运算、数字信号处理、系统识别、自动控制、优化设计、神经网络、化学、统计学等各个领域。Simulink是基于MATLAB的图形设计环境,主要用于对工程问题进行建模和动态仿真,其适用范围广,可对任何可用数学来描述的系统进行建模。MATLAB的功能主要是由各种工具箱(Toolbox)来实现的,其核心工具箱可分为两类,即功能性工具箱和学科性工具
2、箱。功能性工具箱可应用于多学科,主要可用来扩充其符号计算功能,如符号计算工具箱(SymbolicMathToolbox)、图形建模仿真功能、文字处理功能,甚至还发展到可以实现与硬件实时交互功能,如RealTimeWorkshop工具箱。学科性工具箱专业性较强,如控制系统工具箱(ControlSystemToolbox)、优化工具箱(OptimizationToolbox)、信号处理工具箱(SignalProcessingToolbox)、系统辨识工具箱(SystemIdentificationToolbox)等,这些工具箱都是由该领域的专业人员编
3、写的,针对研究问题不同,用户可方便地选择使用。第二节 实例1——制动动力学计算机建模、仿真及ABS控制器设计一、动力学建模1.单轮模型某车辆简化后的单轮制动动力学模型如图16-1所示。其中单轮模型质量为m,车轮滚动半径为rd,车轮转动惯量为Iw,车轮旋转角速度为ω,车轮轮心前进速度为uw,地面制动力为Fxb,作用于车轮的制动力矩为Tb。若忽略空气阻力与车轮滚动阻力,则系统的运动方程如下:式中,地面制动力Fxb等于地面作用于车轮的法向反力Fz与路面附着系数μ的乘积,其中μ为制动滑移率sb的函数。图16-1单轮制动动力学模型第二节 实例1——制动动力
4、学计算机建模、仿真及ABS控制器设计2.分段线性的轮胎模型根据第三章中介绍的有关轮胎纵向特性的内容,路面附着系数与车轮滑移率之间存在一定的非线性关系。如果用两段直线来近似表示路面附着—滑移曲线,可得到分段线性化的附着系数μ与车辆滑移率sb的关系,如图16-2所示。式中,地面制动力Fxb等于地面作用于车轮的法向反力Fz与路面附着系数μ的乘积,其中μ为制动滑移率sb的函数。图16-2线性化的路面附着系数与车轮滑移率关系曲线表达式如下:二、控制算法这里以门限值控制算法(thresholdalgorithm)为例,说明ABS控制器设计及制动系统动力学的仿
5、真过程。所谓门限值控制算法,其基本思想就是保证车轮滑移率在所设定的理想范围之内。制动开始后,随着制动压力的升高车轮转速ω相应减小,车轮出现滑移;当车轮滑移率达到理想范围的上限值smax时,减小制动压力;随着制动压力的减小,滑移率又逐渐减小,直至减小到滑移率下限值smin时再增大制动压力。循环往复这一过程直至车辆停止。因此,在ABS控制器起作用的过程中,滑移率总保持在设定的理想范围之内,从而保证车辆理想的制动性能及其对方向的控制能力。第二节 实例1——制动动力学计算机建模、仿真及ABS控制器设计三、仿真流程及参数输入由上可知,ABS控制器所用到的一
6、些重要参数有:1)由路面附着系数μ与滑移率sb的关系曲线所表示的轮胎模型;2)滑移率控制上限smax、下限smin;3)车辆模型参数及初始车速uw0;4)制动器作用力矩变化率ki和kd等。根据分析可知,控制逻辑实现的关键是计算当前车轮滑移率sb(t)并与预先确定的门限值(smin,smax)进行比较,来判断对制动液压控制系统的增压或减压操作,仿真流程如图16-3所示。第二节 实例1——制动动力学计算机建模、仿真及ABS控制器设计四、实例分析对图16-1所示的单轮制动动力学模型而言,其等效模型参数由表16-1给出。设式(16-3)定义的路面附着系数
7、分别为μmax=0.8,μs=0.6。以门限值控制算法设计ABS控制器,使车轮滑移率sb保持在最优值(sopt=0.2)附近,这里分别取smin=0.18,smax=0.22。第二节 实例1——制动动力学计算机建模、仿真及ABS控制器设计参数符号单位数值参数符号单位数值车轮等效质量mkg300初始制动力矩Tb0N·m600车轮动力半径rdm0.25作用力矩变化率(增)kiN·m/s4500车轮转等效动惯量Iwkg·m22.12作用力矩变化率(减)kdN·m/s5000初始车速uw0m/s30采样时间Tss0.05初始角速度ω0rad/s120表1
8、6-1单轮制动动力学模型参数第二节 实例1——制动动力学计算机建模、仿真及ABS控制器设计图16-4制动过程中滑移率时域仿真结果图16-
