车辆控制理论的课件-PPT课件
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汽车理论教学课件
紧急情况处理措施
制动失效
转向失控
介绍在制动失效时应如何 操作，如利用发动机制动、 抢档等。
讲解转向失控时的应急措 施，如保持冷静、轻踩制 动踏板等。
车辆自燃
分析车辆自燃原因及应急 处理方法，如关闭电源、 使用灭火器等。
突发情况处置
探讨如何应对前方障碍物、 动物横穿道路等突发情况， 包括减速避让、紧急制动 等措施。
异响和抖动
检查发动机、底盘和悬挂系统等部件 是否有松动或损坏05
驶技巧
道路交通安全法规概述
1 2
道路交通安全法规的体系结构 包括国家法律、行政法规、地方性法规、部门规 章等。
道路交通安全法规的核心内容 涵盖车辆和驾驶人管理、道路通行条件、道路通 行规定、交通事故处理等方面。
03
汽车电气与电子控制系统
电源系统组成及功能
01 蓄电池
储存电能，为汽车启动、点火及用电设备提供电 能。
02 发电机
汽车运行时的主要电源，向用电设备供电并对蓄 电池充电。
03 电压调节器
控制发电机的输出电压，保护用电设备免受电压 过高的损害。
点火系统工作原理
点火线圈
将低电压转变为高电压， 以产生电火花点燃混合气。
人工智能、自动驾驶 等技术的不断发展将 使得汽车更加智能化， 提高行驶安全性和舒 适性。
网联化
5G等通信技术的普及 将实现车与车、车与 基础设施之间的实时 互联，构建智能交通 系统。
共享化
共享经济模式将逐渐 渗透到汽车行业，推 动汽车使用方式的变 革。
02
汽车构造与原理
发动机类型及工作原理
01 汽油发动机
车产业实现绿色发展。
THANKS
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控制的基本理论与有效控制教学课件
可惜大多数的事业经营者均未能体 会到这一点，等到错误的决策造成 了重大的损失才寻求弥补，而往往 是即使请来了名气很大的“名医” 也于事无补。
• （三）按控制信息的性质划分
• 1.反馈控制
• 将工作的执行结果与控制标准相比较，发 现偏差及其原因，拟定纠正措施，防止偏 差发展或再次发生。
• 2.前馈控制（预先控制）
• 2.更正性控制
• 更正性控制往往是由于管理者没有预 见到可能出现的问题，或者管理者认 为某些事情出现错误之后来进行修正 的一种控制措施。
• 更正性控制的目的是，当出现偏差时， 使行为或实施进程返回到预先计划的 水平。
• （二）按控制点的位置划分 • 1.事先控制 • 预先控制：在整个活动开始之前进行的
• 职工的自我控制是提高控制有效性的根本途 径，在所有用来实施控制的方法中，自我控 制是实施控制的最好方法。
• 自我控制的优点：
• （1）有助于发挥职工的主动性、创造性和经 济性；
• （2）可以减轻管理成员的负担，减少企业控 制费用支出；
• （3）有助于提高控制的及时性和准确性。
• 管理者及其下属素质越高，就越能胜任所承 担的职务，就越不需要间接控制。
• 控制是完整管理过程中的有机组成部分，是 管理的重要职能之一。
• 控制有很强的目的性——计划目标的实现。
• 控制通过“监督”和“纠偏”来实现。
• 控制是一个过程。
例如：企业制定了一个七年计划，计划在今后七 年内每年要增加2%的市场占有率。
第一年年底时统计资料反映出，市场占有率增加 了2%，照原计划进行下去；
控制信息
避免下周期发生类似问 题；消除偏差对后续活 动的影响。
偏差、损失已经产生； 时滞。
校正措施
• （三）按控制信息的性质划分
• 1.反馈控制
• 将工作的执行结果与控制标准相比较，发 现偏差及其原因，拟定纠正措施，防止偏 差发展或再次发生。
• 2.前馈控制（预先控制）
• 2.更正性控制
• 更正性控制往往是由于管理者没有预 见到可能出现的问题，或者管理者认 为某些事情出现错误之后来进行修正 的一种控制措施。
• 更正性控制的目的是，当出现偏差时， 使行为或实施进程返回到预先计划的 水平。
• （二）按控制点的位置划分 • 1.事先控制 • 预先控制：在整个活动开始之前进行的
• 职工的自我控制是提高控制有效性的根本途 径，在所有用来实施控制的方法中，自我控 制是实施控制的最好方法。
• 自我控制的优点：
• （1）有助于发挥职工的主动性、创造性和经 济性；
• （2）可以减轻管理成员的负担，减少企业控 制费用支出；
• （3）有助于提高控制的及时性和准确性。
• 管理者及其下属素质越高，就越能胜任所承 担的职务，就越不需要间接控制。
• 控制是完整管理过程中的有机组成部分，是 管理的重要职能之一。
• 控制有很强的目的性——计划目标的实现。
• 控制通过“监督”和“纠偏”来实现。
• 控制是一个过程。
例如：企业制定了一个七年计划，计划在今后七 年内每年要增加2%的市场占有率。
第一年年底时统计资料反映出，市场占有率增加 了2%，照原计划进行下去；
控制信息
避免下周期发生类似问 题；消除偏差对后续活 动的影响。
偏差、损失已经产生； 时滞。
校正措施
汽车理论课件 第六章 汽车的操纵稳定性
• 操纵性是指汽车能够确切地响应
驾驶员指令的能力。
• 稳定性是指汽车抵抗改变其行驶方向
的各种外界干扰（路面扰动或风扰 动），并保持稳定行驶而不失去控制， 甚至翻车或侧滑的能力。
一 汽车坐标系
• 汽车坐标系及其描述
r横摆角速度( yaw) w垂直速度
p侧倾角速度(roll ) q俯仰角速度( pitch)
汽车理论
Automobile Theory
XXXX大学车辆与动力学院
车辆与动力工程学院
School of Vehicle & Motive Power Engineering
本节课内容提要
本课程的结构、地位和要求； 汽车动力性等六大性能概念；
汽车理论学科发展情况。
车辆与动力工程学院
School of Vehicle & Motive Power Engineering
第二节 汽车转向运动学和动力学
一、无侧偏时的转向运动
cot1
co t 2
OG L
OD L
d L
1 2
2
R0
L
tan
R0
L
二、有侧偏时的转向运动
tan(
1)
AD OD
tan 2
BD OD
R
L
2 1
L R
1
2
三、转向时的受力分析
FY1
mu2 R
b L
cos
1
mu2 R
b L
FY 2
基本要求
• 纪律要求： • 作业：
车辆与动力工程学院
School of Vehicle & Motive Power Engineering
汽车理论最新版课件5.4-5.6
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
➢非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。
27
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
➢双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相 反，有增大侧偏角（绝对值）的作用。
28
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
1.试验方法
➢汽车以100km/h的速度作正弦曲线的蛇形行驶，正弦 运动的周期为5s，最大侧向加速度为0.2g。
➢车上装有转向盘转角、转向盘转矩、车速和横摆角 速度等传感器。
50
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
51
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
2.转向盘力输入方面的评价指标
52
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
➢工字形车架代表车厢，悬 挂质量为Ms。
➢工字形车架分别通过前、 后悬架的侧倾中心m01和m02 与前后轴相铰接，同时又通过 前后悬架的弹性元件分别与前、 后轴相连接。
19
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
TΦr2
TΦr1
TΦr
20
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Fsy Fs1y Fs2y
3
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
确定侧倾中心时 ①假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动； ②假定车轮与地面间无相对滑动； ③对四连杆机构会用到三心定理。
O13
2Leabharlann 31➢四连杆机构中相
4
对两杆的相对运动瞬
心是相邻两杆延长线
O24
的交点。
4
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
➢非独立悬架车身侧倾时，前轮外倾角不变。
27
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
➢双横臂悬架前轮外倾角与地面侧向力方向相 反，有增大侧偏角（绝对值）的作用。
28
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
车厢侧倾时不同形式悬架所引起的车轮外倾角的γ变化
1.试验方法
➢汽车以100km/h的速度作正弦曲线的蛇形行驶，正弦 运动的周期为5s，最大侧向加速度为0.2g。
➢车上装有转向盘转角、转向盘转矩、车速和横摆角 速度等传感器。
50
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
51
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
2.转向盘力输入方面的评价指标
52
第五节 汽车操纵稳定性与转向系的关系
➢工字形车架代表车厢，悬 挂质量为Ms。
➢工字形车架分别通过前、 后悬架的侧倾中心m01和m02 与前后轴相铰接，同时又通过 前后悬架的弹性元件分别与前、 后轴相连接。
19
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
TΦr2
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第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
Fsy Fs1y Fs2y
3
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
确定侧倾中心时 ①假定车厢不动，地面和车轮相对车厢转动； ②假定车轮与地面间无相对滑动； ③对四连杆机构会用到三心定理。
O13
2Leabharlann 31➢四连杆机构中相
4
对两杆的相对运动瞬
心是相邻两杆延长线
O24
的交点。
4
第四节 汽车操纵稳定性与悬架的关系
道路交通控制PPT课件
4
2、按控制的原理划分 （1）定时控制—— 单点定时 单点多时段定时 多点脱机优化（网络多时 段定时） （2）感应控制——半感应 全感应 （3）自适应控制——干线 区域，随交通流适时变化
3、按控制的思想划分 （1）被动式控制—交通信号控制系统
通过路边装置和设备，如信号灯、固定或可变信息标志板等提供信息，达 到对交通流进行时间分离和控制的目的。
9
（3）车辆换算系数 标准为当量小客车 小客车：1.0（≤19座客车或≤2t的货车） 中型车：1.5（>19座的客车或2t<载质量≤7t的货车） 大型车：2.0（7t<载质量≤14t的货车） 拖挂车：3.0（14t<载质量的货车）
10
2、服务水平
是指衡量交通流运行条件以及驾驶人和乘客所感受的服务质量的一项指标， 通常根据交通量、速度、行驶时间、驾驶自由度、交通间断、舒适和方便等指标 来确定。反映了道路在某种交通条件下所提供运行服务的质量水平。
7
（3）车头时距与车头间距 车头间距是交通流中连续2辆车之间的距离，用2辆车相同部位的间距 来度量。 是距离参数，用m表示。测量麻烦。 车头时距是交通流中连续2辆车通过车道或道路某一点的时间差，用2 辆车的相同部位来度量。 时间参数，用s表示。测量简单。
流率（辆/h）= 3600 / 车头时距（s/辆）
交通信号的显现皆受制于已形成的交通需求而变化，是被动的控制交通流 的变化。
（2）主动式控制—交通自动化路径诱导系统
5
第三节 道路交通控制基础理论
一、交通流理论
（1）交通流3要素
交通流量：单位时间内通过道路某断面（或路段或车道）的车辆数。
小时交通量、日交通量、年交通量
q = N/T q：交通流量 N:车辆数 T：统计交通流量的时间范围
2、按控制的原理划分 （1）定时控制—— 单点定时 单点多时段定时 多点脱机优化（网络多时 段定时） （2）感应控制——半感应 全感应 （3）自适应控制——干线 区域，随交通流适时变化
3、按控制的思想划分 （1）被动式控制—交通信号控制系统
通过路边装置和设备，如信号灯、固定或可变信息标志板等提供信息，达 到对交通流进行时间分离和控制的目的。
9
（3）车辆换算系数 标准为当量小客车 小客车：1.0（≤19座客车或≤2t的货车） 中型车：1.5（>19座的客车或2t<载质量≤7t的货车） 大型车：2.0（7t<载质量≤14t的货车） 拖挂车：3.0（14t<载质量的货车）
10
2、服务水平
是指衡量交通流运行条件以及驾驶人和乘客所感受的服务质量的一项指标， 通常根据交通量、速度、行驶时间、驾驶自由度、交通间断、舒适和方便等指标 来确定。反映了道路在某种交通条件下所提供运行服务的质量水平。
7
（3）车头时距与车头间距 车头间距是交通流中连续2辆车之间的距离，用2辆车相同部位的间距 来度量。 是距离参数，用m表示。测量麻烦。 车头时距是交通流中连续2辆车通过车道或道路某一点的时间差，用2 辆车的相同部位来度量。 时间参数，用s表示。测量简单。
流率（辆/h）= 3600 / 车头时距（s/辆）
交通信号的显现皆受制于已形成的交通需求而变化，是被动的控制交通流 的变化。
（2）主动式控制—交通自动化路径诱导系统
5
第三节 道路交通控制基础理论
一、交通流理论
（1）交通流3要素
交通流量：单位时间内通过道路某断面（或路段或车道）的车辆数。
小时交通量、日交通量、年交通量
q = N/T q：交通流量 N:车辆数 T：统计交通流量的时间范围
《控制理论基础》课件
现代控制设计方法
状态空间法
基于系统的状态方程和输出方程进行控制设计，能够处理多输入 多输出系统，并考虑系统的动态特性。
线性二次型最优控制
通过优化性能指标函数来设计控制器，以使系统状态达到最优。
极点配置控制
通过配置系统的极点来改善系统的动态性能，实现系统对不同频率 输入的快速响应和低稳态误差。
最优控制设计方法
动态规划
将多步决策问题转化为一系列单 步优化问题，通过求解每个子问 题的最优解来得到原问题的最优 解。
庞特里亚金极大值
原理
在给定的初始和终端状态以及性 能指标下，求解最优控制策略使 得性能指标达到最优。
哈密顿-雅可比方
程
通过求解哈密顿-雅可比方程来找 到最优控制策略，适用于多输入 多输出系统。
2023
振荡次数
系统在过渡过程中振荡的次数和振荡幅度。
2023
PART 05
控制系统的设计方法
REPORTING
经典控制设计方法
比例控制
通过调整控制器的输出与输入误差的比例系数来减小误差，具有快 速响应的特点。
积分控制
通过累积输入误差来调整控制器的输出，以减小稳态误差，但可能 导致系统超调。
微分控制
通过预测误差的变化率来调整控制器的输出，有助于减小超调并加快 系统的响应速度。
MATLAB/Simulink介绍
02 介绍MATLAB/Simulink的功能和使用方法，以及在
控制系统仿真中的应用。
其他仿真软件介绍
03
介绍其他常用的仿真软件，如PLCSIM、组态软件自
带的仿真功能等。
2023
REPORTING
THANKS
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汽车理论教学课件-汽车的操纵稳定性-提高操纵稳定性的电子控制系统
3）还应对汽车施加纵向减速力。
21
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
三、各个车轮制动力控制的效果
22
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
三、各个车轮制动力控制的效果
23
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
四、四个车轮主动制动的控制效果
24
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
五、VSC系统的组成
10
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
一、极限工况下前轴侧滑与后轴侧滑的特点
起始车速120km/h、频率0.6Hz的转向角正弦输入下的响应
11
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
结论
1）当正弦输入转向角超过后轮侧偏角突然增大，汽车失去稳定性；
2）汽车是否稳定决定于汽车（质心）侧偏角与汽车侧偏
Quadrasteer
技术极大地缩
小了大型车辆
的转向半径， 使得这些车辆 具有紧凑型轿 车的转向半径。
3
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
2.车辆稳定性控制系统（VSC或称ESP）
系统是以ABS为基础发展而成的。 基本工作原理是：在大侧向加速度、大侧偏角的极限
工况下，利用左右两侧制动力之差产生的横摆力偶矩来防
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
六、装有VSC系统汽车的试验结果
27
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
本节内容结束
下一节
28
VSC（ESP）的作用
后轴侧滑出
现甩尾现象 抑制后轮侧滑 加大外侧车
轮的制动力
8
第七节 提高操纵稳定性的电子控制系统
提高操纵稳定性的各种电子控制系统的有效工作区域
侧倾刚度 分配控制 驱动力 分配控制
控制理论在车辆安全管理中的运用
【 摘
制管理。
要】 随社会进步发展 ， 私有车辆和社会 的急剧增 多， 事故 造成的人 员死亡和经济损 失已经成 为全社会 的重大顽 交通
疾。车辆安全管理一直是各单位安全管理 的重 中之重 ， 同时又是薄弱环 节。本文着重阐述安全管理中的前期控制管理和过程控
【 关键词 】 车辆安全 管理 ； 前馈控制 ； 执行控制 ； 反馈控制
行 保养管理 、 维修管理 、 技术使用 和车况检 查等方 面实施预
防控 制 。
制（ 即预防控制） 上下功夫 ， 明确控制要点 、 控制方法 和控制 目
标。控制要点是对影 响行车安全的人 、 、 车 法三个要素加以预 防控制 ； 取的控制方 法是执行严 格的管理 ； 制 目标是 实 采 控 现安全行 车。因为我们 知道 出了事故 再来 严肃处理教育 ， 已 是失败的管理方式 。预防控制就是要对可能影 响安全行车的
（） １ 车辆例行保养 管理方 面 ， 培养驾驶 员认识 到例 行保 养作业 的重要性 ，严格按照作业 内容要求做好例行保 养 ， 定
期组织车容车貌 和车况检查 ， 确保例行保养 的质量 。
（） ２ 在维修管理方 面 ， 强力执行强制保养制度 ， 管理 人员 要根据车辆 的行驶里程和车辆状况制订维修保养计划 ， 保证
级 安检 就 是 前馈 控 制 ， 馈 控 制要 具 有 超 前 性 和 预见 性 ， 任 前 对
１ 明确 预 防控 制 因素 。我 们 将控 制 的环 节 分 为 了 人 、 法 三个 因素 车、
１对人 的控制 。人是交通 的直接或间接参与对象 ， ） 直接 参与者是 指驾驶员 ， 修理工 和管理者是 间接参 与对 象 ， 中 其 的直接参 与对象——驾驶 员是安全 行车 中最主动最 活跃 的
制管理。
要】 随社会进步发展 ， 私有车辆和社会 的急剧增 多， 事故 造成的人 员死亡和经济损 失已经成 为全社会 的重大顽 交通
疾。车辆安全管理一直是各单位安全管理 的重 中之重 ， 同时又是薄弱环 节。本文着重阐述安全管理中的前期控制管理和过程控
【 关键词 】 车辆安全 管理 ； 前馈控制 ； 执行控制 ； 反馈控制
行 保养管理 、 维修管理 、 技术使用 和车况检 查等方 面实施预
防控 制 。
制（ 即预防控制） 上下功夫 ， 明确控制要点 、 控制方法 和控制 目
标。控制要点是对影 响行车安全的人 、 、 车 法三个要素加以预 防控制 ； 取的控制方 法是执行严 格的管理 ； 制 目标是 实 采 控 现安全行 车。因为我们 知道 出了事故 再来 严肃处理教育 ， 已 是失败的管理方式 。预防控制就是要对可能影 响安全行车的
（） １ 车辆例行保养 管理方 面 ， 培养驾驶 员认识 到例 行保 养作业 的重要性 ，严格按照作业 内容要求做好例行保 养 ， 定
期组织车容车貌 和车况检查 ， 确保例行保养 的质量 。
（） ２ 在维修管理方 面 ， 强力执行强制保养制度 ， 管理 人员 要根据车辆 的行驶里程和车辆状况制订维修保养计划 ， 保证
级 安检 就 是 前馈 控 制 ， 馈 控 制要 具 有 超 前 性 和 预见 性 ， 任 前 对
１ 明确 预 防控 制 因素 。我 们 将控 制 的环 节 分 为 了 人 、 法 三个 因素 车、
１对人 的控制 。人是交通 的直接或间接参与对象 ， ） 直接 参与者是 指驾驶员 ， 修理工 和管理者是 间接参 与对 象 ， 中 其 的直接参 与对象——驾驶 员是安全 行车 中最主动最 活跃 的
控制工程基础-车辆(1)
13
第3章 系统的数学模型
第3章控系制统工的程数基学础模总型结
14
第3章 系统的数学模型
控制工程基础总结
系统方框图的简化 方框图的运算法则
Xi(s)
E(s)
G(s)
Xo(s)
-
串联、并联及反馈连接
B(s)
H(s)
方框图的等效变换法则 求和点的移动 引出点的移动
Xo (s) G(s) Xi (s) 1+G(s)H (s)
关于“控制工程基础”课程考核说明 控制工程基础总结
考试题型：
第一部分（40分）： 填空题（20分） 、选择题 （20分）
第二部分（60分）： 1、用部分分式法求原函数 2、数学模型（直线运动机械系统） 3、方框图简化 4、时域分析法（瞬态响应的性能指标） 5、频域分析法（频率响应+伯德图） 6、系统稳定性判定（劳斯判据） 7、稳态误差的计算
s2
n2 2ns n2
s2
1130 24.2s 1130
23
第4章 系统的时域分析
控制工程基础总结
➢ 稳态误差
R(s)
E(s)
C(s)
G(s)
E(s) R(s) H (s) C(s) B(s) H (s)
ess
lim e(t)
t
lim
s0
sE(s)
lim s0 1
sR(s) G(s)H (s)
所有环节的转折频率之左，得到最低频段的渐近线。
4）向右延长最低频段渐近线，每遇到一个转折频率改变一次斜
率。
一阶惯性（微分）环节，斜率：-（+）20dB/dec
二阶振荡（微分）环节，斜率：-（+）40dB/dec
《车辆控制理论的》课件
实现车辆在特定道路上以恒定速度行驶，提高行车安全和燃油经济性。
2
车辆转向控制
指导车辆如何转向，控制转弯半径和转向灵活度，提高行驶操控性。
3
车辆跟随控制
车辆跟随控制实现车辆自动跟随前车行驶，减少驾驶员的工作负担和交通事故。
结论
通过展望车辆控制理论的发展和应用前景，我们可以看到它在未来汽车行业中的重要性和广阔的应用前 景。
车辆控制器
1 控制器的概念
车辆控制器是指控制系统的核心部件，负责接收传感器数据并输出控制信号。
2 控制器类型
常见的车辆控制器类型包括电子稳定控制系统（ESC）和自适应巡航控制系统（ACC）。
3 控制器的选择
不同的车辆控制需求需要选择适当的控制器，如性能、成本和安全性等方面。
车辆控制实例
1
车辆固定速度控制
高级控制理论
高级控制理论是在基础理论基础上发展起来的，包括模糊控制理论、神经网络控制理论和 自适应控制理论。
基础控制理论
1 PID控例）控 制、I（积分）控制和D （微分）控制。
2 位置控制理论
3 速度控制理论
位置控制理论指导着车 辆在空间中的位置变化， 如转向、停止和行驶。
《车辆控制理论的》PPT课件
欢迎使用《车辆控制理论的》PPT课件。本课件将介绍车辆控制理论的概念、 应用、分类，以及基础和高级控制理论。还包括车辆控制器的选择和一些实 例。
简介
车辆控制理论指导着汽车在驾驶过程中的各种动作和行为。本节将说明车辆控制理论的概念和应用。
车辆控制理论分类
基础控制理论
基础控制理论是车辆控制中最基本的理论，包括PID控制理论、位置控制理论和速度控制理 论。
速度控制理论是调节车 辆速度的理论基础，对 于保证行车安全和舒适 性非常重要。
车辆动力学控制课件
详细描述控制算法的实现过程，包 括建模、仿真等。
控制算法优化
对控制算法进行优化，以提高控制 效果。
车辆动力学控制实验验证
实验步骤
详细描述实验的步骤，包括数据 采集、分析等。
实验结果
对实验结果进行分析，如控制效 果、性能指标等。
结果讨论
对实验结果进行讨论，指出优缺 点及改进方向。
CHAPTER 05
模型建立方法
车辆动力学模型的建立方法包括理论分析和实验建模两种。理论分析是根据车 辆动力学理论和数学方法建立模型；实验建模是通过实验数据和回归分析等方 法建立模型。
基于模型的控制方法
PID控制
PID控制是一种常用的控制方法， 通过比较期望输出与实际输出之 间的误差，调整控制量，以实现 控制目标。
LQR控制
实验验证方案设计
01
根据实验目的，设计公道的实验方案，包括实验场景、测试工
况、评价标准等。
实验数据采集与分析
02
在实验过程中，采集车辆运行数据和控制器输出数据，并对数
据进行整理和分析。
实验结果评估与优化
03
根据实验结果，对控制算法的性能进行评估，找出存在的问题
并进行优化改进。
CHAPTER 04
车辆动力学控制软件在环仿真实验
20世纪90年代
21世纪初
随着智能控制技术的发展，车辆动力学控 制开始向智能化方向发展，研究内容涉及 到复杂的车辆运动控制问题。
车辆动力学控制得到了广泛应用，如自动 驾驶、智能交通等领域，研究内容更加丰 富和深入。
CHAPTER 02
车辆动力学模型与控制方法
车辆动力学模型建立
车辆动力学模型
车辆动力学模型是描述车辆动态特性的数学模型，包括车辆的加速度、速度、 位移等变量之间的关系。
控制算法优化
对控制算法进行优化，以提高控制 效果。
车辆动力学控制实验验证
实验步骤
详细描述实验的步骤，包括数据 采集、分析等。
实验结果
对实验结果进行分析，如控制效 果、性能指标等。
结果讨论
对实验结果进行讨论，指出优缺 点及改进方向。
CHAPTER 05
模型建立方法
车辆动力学模型的建立方法包括理论分析和实验建模两种。理论分析是根据车 辆动力学理论和数学方法建立模型；实验建模是通过实验数据和回归分析等方 法建立模型。
基于模型的控制方法
PID控制
PID控制是一种常用的控制方法， 通过比较期望输出与实际输出之 间的误差，调整控制量，以实现 控制目标。
LQR控制
实验验证方案设计
01
根据实验目的，设计公道的实验方案，包括实验场景、测试工
况、评价标准等。
实验数据采集与分析
02
在实验过程中，采集车辆运行数据和控制器输出数据，并对数
据进行整理和分析。
实验结果评估与优化
03
根据实验结果，对控制算法的性能进行评估，找出存在的问题
并进行优化改进。
CHAPTER 04
车辆动力学控制软件在环仿真实验
20世纪90年代
21世纪初
随着智能控制技术的发展，车辆动力学控 制开始向智能化方向发展，研究内容涉及 到复杂的车辆运动控制问题。
车辆动力学控制得到了广泛应用，如自动 驾驶、智能交通等领域，研究内容更加丰 富和深入。
CHAPTER 02
车辆动力学模型与控制方法
车辆动力学模型建立
车辆动力学模型
车辆动力学模型是描述车辆动态特性的数学模型，包括车辆的加速度、速度、 位移等变量之间的关系。
行车控制原理
行车控制原理
行车控制原理是指对车辆运动进行控制和调节的原理。
它涉及到多个方面的内容，包括车辆的加速、转弯、刹车等操作。
在行车控制中，最基本的原理是根据驾驶员的指令，通过控制信号系统来控制车辆的行驶速度和方向。
其中，加速的原理是通过控制油门来控制发动机的输出功率，从而使车辆加速；而刹车的原理则是通过控制刹车系统，使刹车盘与刹车片摩擦产生阻力，从而减速车辆。
同时，转向也是行车控制中重要的一部分。
转向的原理是通过控制方向盘，使转向机构工作，改变车辆的行驶方向。
转向时，车辆的前轮会发生角度变化，从而改变车辆的行进方向。
除了基本的行车控制原理外，还有其他一些辅助控制原理。
例如，牵引力控制原理可通过传感器测量车轮的牵引力，根据牵引力的大小调整发动机的输出功率，以保持车辆在不同路况下的牵引性能。
而稳定控制原理则通过传感器检测车辆的横摆角度和侧向加速度，通过调整刹车力分配和发动机输出功率，使车辆保持稳定。
总之，行车控制原理是通过控制各个系统和部件来实现对车辆运动状态的调节和控制，以确保车辆的安全、稳定和符合驾驶员的指令。
控制理论的产生与发展讲义(PPT 34张)
如果要追朔自动控制技术的发展历史,早在两千年前中国 就有了自动控制技术的萌芽。
1. 两千年前我国发明的 指南车，就是一种开 环自动调节系 统。
指 南 车
2. 公元1086－1089年 （北宋哲宗元祐初年）， 我国发明的水运仪象台， 就是一种闭环自动调节系 统。
水 运 仪 象 台
二 起步阶段
随着科学技术与工业生 产的发展，到十八世纪， 自动控制技术逐渐应用到 现代工业中。其中最卓越 的代表是瓦特（J.Watt） 发明的蒸汽机离心调速器， 加速了第一次工业革命的 步伐。
ห้องสมุดไป่ตู้
瓦特
三 发展阶段
1. 1868年马克斯韦尔（J.C.Maxwell）解决了蒸汽机调速 系统中出现的剧烈振荡的不稳定问题，提出了简单的稳 定性代数判据。
马克斯韦尔（J.C.Maxwell）
2. 1895年劳斯（Routh）与赫
尔维茨（Hurwitz）把马克 斯韦尔的思想扩展到高阶微 分方程描述的更复杂的系 统中,各自提出了两个著名
1.五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法； 在1957年提出了动态规划。
2.1959年卡尔曼（Kalman）和布西创 建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制 系统的研究中成功地应用了状态空间 法，并提出了可控性和可观测性的新 概念。 卡尔曼
3. 1961年庞特里亚金（俄国人）提出 了极小（大）值原理。
奈奎斯特
4.1948年伊万斯（W.R.Ewans）提出了复数域内研究 系统的根轨迹法。 建立在奈奎斯特的频率响应法和伊万斯的根轨迹 法基础上的理论，称为经典（古典）控制理论（或 自动控制理论）。
四 标志阶段
1.1947年控制论的奠基人美国 数学家韦纳（N.Weiner）把控制 论引起的自动化同第二次产业革 命联系起来，并与1948年出版了 《控制论—关于在动物和机器中 控制与通讯的科学》，书中论述 了控制理论的一般方法，推广了 反馈的概念，为控制理论这门学 科奠定了基础。
1. 两千年前我国发明的 指南车，就是一种开 环自动调节系 统。
指 南 车
2. 公元1086－1089年 （北宋哲宗元祐初年）， 我国发明的水运仪象台， 就是一种闭环自动调节系 统。
水 运 仪 象 台
二 起步阶段
随着科学技术与工业生 产的发展，到十八世纪， 自动控制技术逐渐应用到 现代工业中。其中最卓越 的代表是瓦特（J.Watt） 发明的蒸汽机离心调速器， 加速了第一次工业革命的 步伐。
ห้องสมุดไป่ตู้
瓦特
三 发展阶段
1. 1868年马克斯韦尔（J.C.Maxwell）解决了蒸汽机调速 系统中出现的剧烈振荡的不稳定问题，提出了简单的稳 定性代数判据。
马克斯韦尔（J.C.Maxwell）
2. 1895年劳斯（Routh）与赫
尔维茨（Hurwitz）把马克 斯韦尔的思想扩展到高阶微 分方程描述的更复杂的系 统中,各自提出了两个著名
1.五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法； 在1957年提出了动态规划。
2.1959年卡尔曼（Kalman）和布西创 建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制 系统的研究中成功地应用了状态空间 法，并提出了可控性和可观测性的新 概念。 卡尔曼
3. 1961年庞特里亚金（俄国人）提出 了极小（大）值原理。
奈奎斯特
4.1948年伊万斯（W.R.Ewans）提出了复数域内研究 系统的根轨迹法。 建立在奈奎斯特的频率响应法和伊万斯的根轨迹 法基础上的理论，称为经典（古典）控制理论（或 自动控制理论）。
四 标志阶段
1.1947年控制论的奠基人美国 数学家韦纳（N.Weiner）把控制 论引起的自动化同第二次产业革 命联系起来，并与1948年出版了 《控制论—关于在动物和机器中 控制与通讯的科学》，书中论述 了控制理论的一般方法，推广了 反馈的概念，为控制理论这门学 科奠定了基础。
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状态变量与输出变量的关系 状态变量是能够完全描述系统内部动态特性行为的变量。 而输出变量是仅仅描述在系统分析和综合(滤波、优化与 控制等)时所关心的系统外在表现的动态特性,并非系统的 全部动态特性。 因此,状态变量比输出变量更能全面反映系统的内在变化 规律。 可以说输出变量仅仅是状态变量的外部表现,是状态变 量的输出空间的投影,一个子集。
x
Байду номын сангаас
空间映射 输出 y 空间
状态空间
2. 系统的状态空间
若以n个状态变量x1(t),x2(t),…,xn(t) 为坐标轴,就可构成一个n维欧氏空 间,并称为n维状态空间,记为Rn. 状态向量的端点在状态空间中的位 置,代表系统在某一时刻的运动状 态。
x2
x (t0)
x (t1) x (t2) x ( t)
x1 图2-2 二维空间的状态轨线
随着时间的推移,状态不断地变化,tt0各瞬时的状态在状 态空间构成一条轨迹,它称为状态轨线。 状态轨线如图2-2所示。
状态变量选取的特点： 状态变量的选取具有非唯一性：即可用某一组， 也可用另一组数目最少的变量。 状态变量个数的选取具有唯一性：
要注意的是状态变量虽然具有非唯一性，但不是 所有的变量都可以作为状态变量。例如：纯电阻 电路就没有状态变量，因为在这类电路的元件上， 任意时间的电流、电压仅取决于该时刻的激励， 其形成是一个瞬时的作用，元件过去的历史（初 始条件）对确定电路中任意元件上的响应是无关 的，输入输出之间仅是一般的代数关系，这种系 统属于瞬时（无记忆）系统，所以这种系统就不 能用状态变量法来分析。因此，选状态变量的条 件是：各状态变量间不能用代数方法互求，且其 数目对于给定系统是确定的。
第一节 状态和状态空间模型
系统的状态空间模型是建立在状态和状态空间概念的基础上 的,因此,对这些基本概念进行严格的定义和相应的讨论,必须 准确掌握和深入理解。 状态 状态变量 状态空间 状态空间模型
一、状态空间的基本概念
1. 系统的状态和状态变量 动态(亦称动力学)系统的“状态”这个词的字面意思就是指系 统过去、现在将来的运动状况。 正确理解“状态”的定义与涵义,对掌握状态空间分析方法 十分重要。 “状态”的定义如下。
若要完全描述n阶系统,则其最小变量组必须由n个变量(即状 态变量)所组成,一般记这n个状态变量为x1(t),x2(t), …,xn(t). 若以这n个状态变量为分量,构成一个n维变量向量,则称这 个向量为状态变量向量,简称为状态向量,并可表示如下:
x1 x x 2 [ x 1 x 2 ... x n ] ... xn
状态空间分析法不仅适用于SISO线性定常系 统,也适用于非线性系统、时变系统、MIMO 系统以及随机系统等。
因而,状态空间分析法适用范围广,对各种不同的
系统,其数学表达形式简单而且统一。 更突出的优点是,它能够方便地利用数字计算机进 行运算和求解,甚至直接用计算机进行实时控制, 从而显示了它的极大优越性。
控制系统的状态空间模型
现代控制理论是在引入状态和状态空间概念 的基础上发展起来的。
在用状态空间法分析系统时,系统的动态特性是用
由状态变量构成的一阶微分方程组来描述的。 它能反映系统的全部独立变量的变化,从而能同时 确定系统的全部内部运动状态,而且还可以方便地 处理初始条件。 因而,状态空间模型反映了系统动态行为的全部信 息,是对系统行为的一种完全描述。
状态变量的个数一般应为独立一阶储能元件(如电感和 电容)的个数
R + ui iL
L C + uC -
二、系统的状态空间模型
状态空间模型是应用状态空间分析法对动态系统所建立的一 种数学模型,它是应用现代控制理论对系统进行分析和综合的 基础。 状态空间模型由 描述系统的动态特性行为的状态方程和 描述系统输出变量与状态变量间的变换关系的输出方 程 所组成。 下面以一个由电容、电感等储能元件组成的二阶RLC电 网络系统为例,说明状态空间模型的建立和形式,然后再进 行一般的讨论。
d iL R iL L uC ui dt i C duC L dt
2. 选择状态变量。 状态变量的个数应为独立一阶储能元件的个数。 对本例 x1(t)=iL, x2(t)=uC
3. 将状态变量代入各物理量所满足的方程,整理得一规范形式的 一阶矩阵微分方程组--状态方程。 每个状态变量对应一个一阶微分方程,导数项的系数为1, 非导数项列写在方程的右边。
例 某电网络系统的模型如图所 示。 试建立以电压ui为系统输入, 电容器两端的电压uC为输出 的状态空间模型。
R + ui iL
L C + uC -
例RLC电网络系统
解 1. 根据系统的内部机理列出各物理量所满足的关系式。 对本例,针对RLC网络的回路电压和节点电流关系,列出各 电压和电流所满足的方程
定义 动态系统的状态,是指能够完全描述系统时间域动态行为 的一个最小变量组。 该变量组的每个变量称为状态变量。 该最小变量组中状态变量的个数称为系统的阶数。
“状态”定义的三要素 完全描述。即给定描述状态的变量组在初始时刻(t=t0)的 值和初始时刻后(tt0)的输入,则系统在任何瞬时(tt0)的行 为,即系统的状态,就可完全且唯一的确定。 动态时域行为。 最小变量组。即描述系统状态的变量组的各分量是相互 独立的。 减少变量,描述不全。 增加则一定存在线性相关的变量,冗余的变量,毫无必要。
u1 u2 … ur 系统内部状态 x1,x2,…,xn
y1 y2
…
ym
多输入多输出系统示意图
状态变量是描述系统内部动态特性行为的变量。 它可以是能直接测量或观测的量,也可以是不能直接测量或 观测的量； 可以是物理的,甚至可以是非物理的,没有实际物理量与之直 接相对应的抽象的数学变量。