基于simulink的车辆行驶控制系统建模与仿真
基于simulink汽车速度控制系统的设计与仿真
基于simulink汽车速度控制系统的设计与仿真摘要：目前许多汽车把汽车速度控制系统作为配属设备或选配设备。
汽车装有汽车速度控制系统后，当驾驶员启动这一装置并进行一些简单的设置后，该装置可自动保持某一恒定速度行驶，而不踩油门。
由于电子系统能准确地控制车辆的速度，从而使高速行驶的车辆更加安全、平稳。
在文中，首先对汽车的运动原理进行分析，建立控制系统简化模型，根据研究对象的物理特性建立起汽车速度控制控制系统的微分方程，再将该微分方程进行线性化处理，运用PID控制理论的方法对汽车速度控制控制系统进行分析和控制。
然后对汽车速度控制系统进行设计分析，在已有的模型下，对设计的汽车速度控制系统进行Matlab语言仿真。
关键词：速度控制系统PID控制仿真指导老师签名:Design and Simulation of the vehicle speedcontrol systemStudent name Class:Supervisor:Abstract:At present, many cars make car speed control system as an attachment device or optional equipment. The car is fitted with the motor speed control system, when the driver start the device and make some simple settings, the device can automatically maintain a constant speed, and do not step on the accelerator. Because the electronic system can accurately control the speed of the vehicle, so that the high-speed vehicles more secure, stable.In this paper, the first principle of the movement of automobile is analyzed, establishing control system is simplified model, based on physical characteristics of the research object to establish the vehicle speed control differential equation of the control system, then the differential equation is linearized by using the method of control theory, analyze and control the motor speed control system. Then the design of the vehicle speed control system, the existing model, to design vehicle speed control system simulation language Matlab.Keyword：Speed control system PID control simulationSignature of Supervisor:目录1绪论 (1)1.1选题的依据及课题意义 (1)1.2汽车速度控制研究概况及发展趋势 (1)2速度控制系统的简述 (3)2.1汽车速度控制系统原理 (3)2.2速度控制系统的分类 (3)2.3速度控制系统的基本用途 (4)2.4电子式多功能速度控制系统功能 (4)3系统模型建立及性能分析 (6)3.1汽车受力分析 (6)3.2行驶汽车仿真模型 (7)3.3 动态性能和稳态性能指标 (8)4 PID控制器 (10)4.1 PID控制简述 (10)4.2 PID控制规律 (10)4.3 PID作用分析 (14)5 系统仿真及结果分析 (15)5.1 SIMULINK简介 (15)5.2实验方案选择 (15)5.2.1采用P控制 (15)5.2.2采用PI控制 (20)5.2.3采用PID控制 (22)5.3实验结果分析 (25)总结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)1绪论1.1选题的依据及课题意义随着汽车工业和公路运输业的发展，汽车将走进千家万户，驾驶人员非职业化的特点将突出，车辆驾驶的自动化己成为汽车发展的主要趋势。
基于Simulink的汽车ABS建模与仿真
基于Matlab/Simulink 的汽车ABS 建模与仿真摘要：本文阐述了ABS(防抱死制动系统)的基本结构、原理和控制特点。
在Simulink 的环境下以ABS(防抱死制动系统)滑移率为对象进行控制，根据ABS 系统原理建立了ABS 单车轮的仿真模型，并得出仿真曲线，验证汽车ABS 具有良好的制动性能和方向操纵性。
Modeling and Simulation of the Anti-Lock BrakingSystem based on MATLAB/SimulinkAbstract ：The article illustrates basic operations and control features of ABS system. Control the ABS Slip Ratio with Simulink, creates a single wheel ABS model according to the ABS principle. It produces Simulation curves ，which verifies that the Auto ABS has good braking performance and direction of the manipulation. 引言在遭遇紧急情况下，大多数驾驶员都会将制动踏板立即踩死。
在汽车制动时，如果车轮抱死滑移，车轮与路面间的侧向附着力将完全消失：如果只是前轮（转向轮）抱死滑移而后轮还在滚动，汽车将失去转向能力；如果只是后轮抱死滑移而前轮还在滚动，即使受到不大的侧向干扰力，汽车也将产生侧滑（甩尾）现象。
这些都极易造成严重的交通事故。
为了避免因车辆滑移而带来的交通事故，有必要研究一种以滑移率为对象进行控制的防抱死制动系统（ABS ）。
ABS 是提高汽车安全性能的主要因素之一，对于具有较高非线性的汽车制动过程，很难建立精确的数学模型；随着计算机技术和软件技术的迅猛发展，仿真技术已成为国内外研究的热点，并且在汽车研发中获得了广泛应用。
基于Simulink的控制系统建模与仿真
例3 汽车速度控制系统 汽车行驶在下图所示的斜坡上（可看作汽车沿
直线山坡路向前行驶）。要求设计一个简单的比例 控制器，使汽车能以设定的速度运动。
初始取值0.555。 （2）Gain模块：增益取值为50。 （3）Constant1模块：常数取值为45。 行驶控制器参数： （1）所有Unit Delay模块：初始状态为0、采样时间为
0.02s。 （2）P、I、D增益模块：取值分别为1、0.01、0。
汽车动力机构参数： （1）Gain模块：取值为1/m，即1/1000。 （2）Gain1模块：取值为b/m，即20/1000。 （3）Integrator模块：初始状态为0，即速度初值为0。 系统仿真参数： （1）仿真时间范围：从0至1000s。 （2）求解器：使用变步长连续求解器。 4．系统仿真与分析 在对系统模块参数与系统仿真参数设置之后，接下来对 系统进行仿真分析。为了使用户对离散行驶控制器的作用有 一个直观的认识，这里使用两组不同的PID控制参数对系统 进行仿真，其结果如下图所示。
建模：
根据牛顿运动定律，自由下落物体的位置：
mx mg a1x a2 x x
式中，a1、a2为空气阻力系数。 选择桥梁作为蹦极者开始起跳的起点，表明位置x的基
准为蹦极者开始跳下的位置，并设低于桥梁的位置为正值，
高于桥梁的位置为负值。
设弹力绳索的弹性系数为k，定义绳索长度为l，则其对
下图为系统仿真的结果。
滑艇在牵引力为
滑艇在牵引力（值
1（00值0）1的00作0）用的下作，用 速下度，在速经度过在808s0左s 右 左 的 并右时 稳由到间 定03后 在上3， 3k升3m由k/并hm0。上 /稳h 升定
simulink建模与仿真流程
simulink建模与仿真流程我们需要在Simulink中创建一个新的模型。
打开Simulink软件后，选择“File”菜单中的“New”选项，然后选择“Model”来创建一个新的模型。
接着，我们可以在模型中添加各种组件，如信号源、传感器、执行器等，以及各种数学运算、逻辑运算和控制算法等。
在建模过程中，我们需要定义模型的输入和输出。
在Simulink中，可以使用信号源模块来定义模型的输入信号，如阶跃信号、正弦信号等。
而模型的输出信号可以通过添加显示模块来实现，如示波器模块、作用域模块等。
接下来，我们需要配置模型的参数。
在Simulink中，可以通过双击组件来打开其参数设置对话框，然后根据需求进行参数配置。
例如，对于控制系统模型，我们可以设置控制器的增益、采样时间等参数。
完成模型的配置后，我们可以进行仿真运行。
在Simulink中，可以选择“Simulation”菜单中的“Run”选项来运行仿真。
在仿真过程中，Simulink会根据模型的输入和参数进行计算，并生成相应的输出结果。
我们可以通过示波器模块来实时显示模型的输出信号，以便进行结果分析和调试。
在仿真过程中，我们可以通过修改模型的参数来进行参数调优。
例如，可以改变控制器的增益值，然后重新运行仿真，观察输出结果的变化。
通过不断调整参数，我们可以优化模型的性能，使其达到设计要求。
除了单一模型的仿真，Simulink还支持多模型的联合仿真。
通过将多个模型进行连接，可以实现系统级的仿真。
例如，我们可以将控制系统模型和物理系统模型进行连接，以实现对整个控制系统的仿真。
在仿真完成后，我们可以对仿真结果进行分析和评估。
Simulink提供了丰富的分析工具，如频谱分析、时域分析和稳定性分析等。
通过对仿真结果的分析，我们可以评估模型的性能，并进行进一步的改进和优化。
Simulink建模与仿真流程包括创建模型、添加组件、定义输入输出、配置参数、运行仿真、参数调优、联合仿真和结果分析等步骤。
基于Simulink的整车行驶模型的建立与仿真
图 1 汽车行驶动力学模型
模型采用分层设计， 由各个功能模块组合形成较 [5] 大的功能模块， 最后组成整车的模型 。 模型包括加速行驶子系统、匀速行驶子系统、加 速判断子系统、输入子系统和匀速加速选择系统。整 个模型的输入为扭矩、档位和节气门开度的变化。输 出为车速，车速在总传动比一定时，可变换成发动机 转速， 成为发动机模型的重要输入。 加速行驶子系统依据行驶方程建立， 阻力包括： 滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力。 匀速行驶子系统是依据汽车匀速行驶时没有加 速阻力建立的， 在行驶方程中应去掉加速阻力项。加 速和匀速的判断主要依据节气门开度的变化率。 它的 输入量根据节气门开度及其变化情况而决定。 输入子系统主要向模型输入变速器档位和发动 机的输出扭矩。档位不同， 方程中的旋转质量换算系 数不同， 使模型的模拟结果更接近于实际。 离合器模块中驱动力是由发动机通过飞轮输出 的扭矩经过变速器、 传动轴、 主减速器传到车轮上， 且 考虑机械效率和车轮的半径而得到的力。因此，在匀 速行驶时它相当于滚动阻力、空气阻力和坡道阻力 之和。 坡道阻力可假设路面的坡度较小而且不变； 滚动 阻力中滚动阻力系数随车速的变化而变化， 所以在滚
1 汽车行驶的数学模型
汽车的行驶不仅与驱动力有关, 而且还与地面 的附着力有关。只有在附着力得到保证的情况下， 汽
收稿日期：2007－01－25 基作者简介：魏 健（1971—） ，男，实验师，研究方向为汽车电控系统.
第 17 卷
第2期
魏 健等： 基于 Simulink 的整车行驶模型的建立与仿真
车的驱动力越大、 加速性越好， 爬坡能力也就越强。 汽车行驶的数学模型为： Ft = Ff + Fw + Fi + Fj （1） 式中， Ft 为行驶驱动力； Ff 为滚动阻力； Fw 为空气 阻力； Fi 为坡度阻力； Fj 为加速阻力。将各阻力和 驱动力的计算公式代入式（1）得到下式 ：
如何使用MATLABSimulink进行动态系统建模与仿真
如何使用MATLABSimulink进行动态系统建模与仿真如何使用MATLAB Simulink进行动态系统建模与仿真一、引言MATLAB Simulink是一款强大的动态系统建模和仿真工具，广泛应用于各个领域的工程设计和研究中。
本文将介绍如何使用MATLAB Simulink进行动态系统建模与仿真的方法和步骤。
二、系统建模1. 模型构建在MATLAB Simulink中，可以通过拖拽模块的方式来构建系统模型。
首先，将系统的元件和子系统模块从库中拖拽到模型窗口中，然后连接这些模块，形成一个完整的系统模型。
2. 参数设置对于系统模型的各个组件，可以设置对应的参数和初始条件。
通过双击模块可以打开参数设置对话框，可以设置参数的数值、初始条件以及其他相关属性。
3. 信号连接在模型中，各个模块之间可以通过信号连接来传递信息。
在拖拽模块连接的同时，可以进行信号的名称设置，以便于后续仿真结果的分析和显示。
三、系统仿真1. 仿真参数设置在进行系统仿真之前，需要设置仿真的起止时间、步长等参数。
通过点击仿真器界面上的参数设置按钮，可以进行相关参数的设置。
2. 仿真运行在设置好仿真参数后，可以点击仿真器界面上的运行按钮来开始仿真过程。
仿真器将根据设置的参数对系统模型进行仿真计算，并输出仿真结果。
3. 仿真结果分析仿真结束后，可以通过查看仿真器界面上的仿真结果来分析系统的动态特性。
Simulink提供了丰富的结果显示和分析工具，可以对仿真结果进行绘图、数据处理等操作，以便于对系统模型的性能进行评估。
四、参数优化与系统设计1. 参数优化方法MATLAB Simulink还提供了多种参数优化算法，可以通过这些算法对系统模型进行优化。
可以通过设置优化目标和参数范围，以及定义参数约束条件等，来进行参数优化计算。
2. 系统设计方法Simulink还支持用于控制系统、信号处理系统和通信系统等领域的特定设计工具。
通过这些工具，可以对系统模型进行控制器设计、滤波器设计等操作，以满足系统性能要求。
控制系统建模与仿真基于MATLABSimulink的分析与实现
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
实现
通过
仿真
技术
进行
分析
方法
分析
matlabsi mulink
仿真
系统
simulink
实现
介绍
工程
精彩摘录
精彩摘录
《控制系统建模与仿真基于MATLABSimulink的分析与实现》精彩摘录 随着科技的发展和社会的进步，控制系统在各个领域中的应用越来越广泛， 掌握控制系统的建模与仿真技术对于科学研究、工程实践等方面都具有重要意义。 而《控制系统建模与仿真基于MATLABSimulink的分析与实现》这本书，正是为满 足这一需求而编写的。
阅读感受
而真正让我感到震撼的是第4章到第8章的内容。作者利用MATLAB强大数据处 理、绘图函数和Simulink仿真工具，对被控对象模型进行了系统建模、分析、计 算、性能指标的优化及控制器设计。从时域、频域、根轨迹、非线性及状态空间 几个方面，完成了对系统性能指标的验证及控制系统设计。这其中的细节和深度， 都足以显示作者对这一领域的深入理解和实践经验。
目录分析
在“仿真技术”部分，目录涵盖了控制系统仿真的基本原理、仿真模型的建 立、参数设置以及仿真结果的分析等内容。还介绍了如何利用MATLABSimulink进 行仿真，使得读者能够快速上手这一强大的仿真工具。
目录分析
“应用实例”部分通过多个具体的案例，展示了如何将建模与仿真技术应用 于实际控制系统。这些案例既有简单的单输入单输出系统，也有复杂的非线性多 输入多输出系统，具有很高的实用价值。
基于MATLABSimulink的控制系统设计与仿真
基于MATLABSimulink的控制系统设计与仿真控制系统设计是现代工程领域中至关重要的一部分，它涉及到对系统动态特性的分析、建模、控制器设计以及系统性能评估等方面。
MATLAB Simulink作为一款强大的工程仿真软件，在控制系统设计与仿真领域有着广泛的应用。
本文将介绍基于MATLAB Simulink的控制系统设计与仿真过程，包括系统建模、控制器设计、性能评估等内容。
1. 控制系统设计概述控制系统是通过对被控对象施加某种影响，使其按照既定要求或规律运行的系统。
在控制系统设计中，首先需要对被控对象进行建模，以便进行后续的分析和设计工作。
MATLAB Simulink提供了丰富的建模工具和仿真环境，可以帮助工程师快速准确地建立系统模型。
2. 系统建模在MATLAB Simulink中，可以利用各种不同的模块来构建系统模型，如传感器、执行器、控制器等。
通过简单拖拽这些模块并连接起来，就可以构建出完整的系统结构。
同时，Simulink还支持连续系统和离散系统的建模，可以方便地进行时域和频域分析。
3. 控制器设计控制器是控制系统中至关重要的一部分，它根据系统反馈信息对输出信号进行调节，以实现对被控对象的精确控制。
在MATLAB Simulink中，可以使用各种不同类型的控制器设计工具，如PID控制器、状态空间反馈控制器等。
通过这些工具，工程师可以快速设计出符合系统要求的控制器。
4. 性能评估在完成控制器设计后，需要对系统性能进行评估。
MATLAB Simulink提供了丰富的仿真功能，可以对系统进行动态响应、稳定性、鲁棒性等方面的评估。
通过仿真结果，工程师可以及时发现问题并进行调整优化。
5. 实例分析为了更好地说明基于MATLAB Simulink的控制系统设计与仿真过程，我们以一个温度控制系统为例进行分析。
首先建立被控对象的数学模型，然后设计PID控制器，并利用Simulink进行仿真验证。
最后根据仿真结果对系统性能进行评估，并进行必要的调整。
基于matlab simulink的系统仿真技术与应用
基于matlab simulink的系统仿真技术与应用
Matlab Simulink是一种用于仿真和分析各种复杂系统的建模仿真工具，它采用对象模型方法和图形化界面，极大地方便了工程师的仿真设计分析过程。
其电子工程仿真应用特别广泛，既可以模拟模型上的电路，还可以处理控制系统、数字系统、仿真信号、信号处理、通信系统及某些特定的设备系统，甚至可以构建一个模拟环境来建立系统对象、以模型象征性描述，进行逼真的仿真及调试。
Simulink仿真技术结合Matlab编程语言可用于系统建模实现，用于分析和仿真不同层次的复杂系统，有助于更好的理解的系统的构成和行为，为系统优化和综合设计提供帮助，并可以更好的准确地预测系统行为。
Simulink技术主要用于汽车控制、航空航天、船舶航行、航天实验、发动机控制、电力传输、机械系统、自动化控制、机器人控制等多个领域。
基于Simulink的汽车行驶速度PID控制系统仿真
基于Simulink的汽车行驶速度PID控制系统仿真赵斌;董浩;张建【摘要】文章以现有汽车行驶速度系统的数学模型为基础,将PID控制算法引入其中,在Simulink仿真软件中,建立汽车行驶速度PID控制系统的仿真模型,分析系统在有阻尼和无阻尼情况下,绘制汽车行驶速度曲线图,同时建立无PID控制时汽车行驶速度系统模型.分析结果表明,在有阻尼的情况下,汽车行驶速度曲线很快收敛并达到稳定状态,在无阻尼的情况下,汽车行驶速度曲线超调量较大并且达到稳定状态所需时间较长.若去掉PID控制,汽车行驶速度只能达到在最小车速以下某一值,若无阻尼,则汽车行驶速度收敛于最小车速.该研究对提高汽车行驶速度控制系统的精度和稳定性有一定参考价值.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】3页(P127-129)【关键词】汽车;行驶速度;控制;仿真【作者】赵斌;董浩;张建【作者单位】成都大学机械工程学院,四川成都 610106;成都大学机械工程学院,四川成都 610106;成都大学机械工程学院,四川成都 610106【正文语种】中文【中图分类】U461.6引言汽车行驶控制系统是应用非常广泛的控制系统之一，其主要的目的是对汽车的速度进行合理的控制，它是一个典型的反馈控制系统。
在控制领域当中，运用较多的是PID控制器。
PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元P、积分单元I 和微分单元D组成[2]。
通过kp，ki和kd三个参数的设定。
PID控制器主要适用于基本上线性，且动态特性不随时间变化的系统。
PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件[6]。
文章将 PID 控制算法应用于汽车行驶速度控制系统中，在Matlab的Simulink模块中，建立汽车行驶控制系统的仿真模型并进行分析。
1 汽车行驶速度控制原理汽车行驶速度PID控制系统实质是一个速度反馈控制系统，通过系统的输出信号改变系统的输入信号，其工作原理[1]为：（1）通过汽车的速度操纵机构操纵杆的位置变化控制发动机节气门开度以改变发动机牵引力从而实现汽车行驶速度的变化。
第五讲 基于MATLAB-Simulink的建模与仿真
MATLAB软件简介？
MATLAB软件的典型应用领域：
❖科学研究； ❖工程技术应用研究 ❖CAI（Computer Aided Instruct） ❖数学实验（Mathematical Experiment） ❖数学建模（Mathematical Modeling）
模型 Transfer-Fcn：线性传递函数模型 Zero-Pole：以零极点表示的传递
函数模型 Memory：存储上一时刻的状态值 Transport Delay：输入信号延时 一个给定时间再输出 Variable Transport Delay：输入 信号延时一个可变时间再输出
✓ 离散模块（Discrete）
For循环不能用For循环内重新赋值循环变
量n来终止。
在For循环中循环控制量的范围可以是任
何有效的MATLAB矩阵。比如
data=[11 9 45 6; 7 16 -1 5];
for n=data
x=n(1)-n(2)
end 这时程序的输出有四个数值，分别是矩阵
data的两列相减的结果
x = 4 x = -7
x = 46 x = 1
For循环可按需要嵌套，即For循环体内的命 令组中可以出现另一个For循环体，这体现了 For循环体也是命令组。比如 for n=1:5
for m=5:-1:1
A(n,m)=n^2+m^2; End
end
MATLAB软件简介？
While-end循环以不定的次数求一组语句的值。 Whil-end 循环的一般形式是： while expression（控制表达式） {commands} end 只要在控制表达式（expression）里的所有元 素为真，就执行While和end语句之间的命令 串（{commands}）。
基于MatlabSimulink的电动汽车仿真模型设计与应用
基于MatlabSimulink的电动汽车仿真模型设计与应用一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，电动汽车作为一种清洁、高效的交通工具，受到了越来越多的关注和推广。
在电动汽车的研发过程中，仿真模型的建立与应用发挥着至关重要的作用。
本文旨在探讨基于Matlab/Simulink的电动汽车仿真模型设计与应用，旨在为电动汽车的设计、优化和控制提供理论支持和实践指导。
本文将对电动汽车仿真模型的重要性进行阐述，指出其在电动汽车研发过程中的地位和作用。
接着，将详细介绍Matlab/Simulink在电动汽车仿真模型设计中的应用，包括其强大的建模功能、灵活的仿真能力以及高效的算法处理能力等。
在此基础上，本文将重点讨论电动汽车仿真模型的设计方法。
包括电动汽车动力系统的建模、控制系统的建模以及整车模型的集成等。
将结合具体案例，对电动汽车仿真模型在实际应用中的效果进行展示和分析，以验证其有效性和可靠性。
本文还将对电动汽车仿真模型的发展趋势进行展望，探讨其在未来电动汽车研发中的潜在应用前景。
通过本文的研究，希望能够为电动汽车仿真模型的设计与应用提供有益的参考和启示，推动电动汽车技术的不断发展和进步。
二、电动汽车仿真模型设计基础电动汽车（EV）仿真模型的设计是一个涉及多个学科领域的复杂过程，其中包括电力电子、控制理论、车辆动力学以及计算机建模等。
在Matlab/Simulink环境中，电动汽车仿真模型的设计基础主要包括对车辆各子系统的理解和建模，以及如何利用Simulink提供的各种模块和工具箱进行模型的构建和仿真。
电动汽车的主要子系统包括电池管理系统（BMS）、电机控制系统（MCS）、车辆控制系统（VCS）以及车辆动力学模型。
这些子系统都需要根据实际的电动汽车设计和性能参数进行精确的建模。
电池管理系统（BMS）建模：电池是电动汽车的能源来源，因此，BMS建模对于电动汽车的整体性能至关重要。
BMS模型需要包括电池的荷电状态（SOC）估计、电池健康状况（SOH）监测、电池热管理以及电池能量管理等功能。
基于Simulink的汽车行驶控制系统数字仿真
系 如下所 示 ：
ｖ＝５０ｘ＋４５
∈［０，１］
其 中 为 速度 操纵 杆 的位置 。 为与 之对应 的 速度 。
置 变换 器 的输 入信 号 的范 围进行 限制 ：
（２）Ｄｉｓｃｒｅｔｅ模块 库 中的 Ｕｎｉｔ Ｄｅｌａｙ单 位延 迟模 块 ：用 来实 现行 驶控 制器 （ＰＩＤ控 制器 ）：
为 系统 中的状 态 。Ｐ、Ｉ与 Ｄ为 ＰＩＤ控制 器 的 比例 、积 分与 微 分控 制 参数 ，其初 始取 值分 别为 Ｐ：１，Ｉ＝０．０１，Ｄ：０。
１．２．１．３ 汽 车 动 力 机 构
汽 车 动力机 构 是行 驶控 制 系统 的执 行机 构 其 功能 是 在牵 引 力 的作用 下改 变 汽车 速度 ．使其 达 到指 定 的速 度 。牵 引力 与速 度之 问 的关系 为 ：Ｆ＝ｍａ＋ｂ ．其 中 ａ为 汽车 的加 速 度 ，，１２为 当 前 速 度 ：ｎ＝ｄｖ／ｄｔ。Ｆ汽 车 的 牵 引 力 ，ｍ＝ １ ０００ ｋｇ为 汽车 的质量 。ｂ为阻 力 因子设 ２０
赵 红 利
（重 庆 职 业技 术 学院 电子 工程 系，重 庆 ４００７１２）
～
摘 要 ：建立 汽 车行驶 控 制 系统 的数 学模 型 ，由此 获得 系统 的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模 型 （仿 真模 型 ），对其 仿 真 并 用
Ｍａｔｌａｂ脚本 文件 对行驶 控制 器 中比例调 节的性 能进行 分析 。
由此牵 引力改 变 汽车 的速 度直 到其 速度 稳定 在指 定 的速 度 为 止 。
基于matlab simulink的控制系统仿真及应用
基于matlab simulink的控制系统仿真及应用Simulink是MATLAB的一个附加组件，它提供了一种可视化建模和仿真环境，主要用于控制系统、信号处理、通信系统等领域的建模和仿真。
以下是一个简单的基于Simulink的控制系统仿真的步骤：
1. 模型建立：首先，你需要使用Simulink库中的模块来构建你的控制系统模型。
这些模块包括输入、输出、控制算法等。
你可以直接从库中拖放模块到你的模型中，然后通过连接线将它们连接起来。
2. 参数设置：在连接模块后，你需要为每个模块设置适当的参数。
例如，对于传递函数模块，你需要输入分子和分母的系数。
3. 仿真设置：在完成模型和参数设置后，你需要设置仿真参数，例如仿真时间、步长等。
4. 运行仿真：最后，你可以运行仿真并查看结果。
Simulink提供了多种方式来查看结果，包括图形和表格。
在Simulink中，你可以使用许多内建的工具和函数来分析和优化你的控制系统。
例如，你可以使用MATLAB的控制系统工具箱中的函数来分析系统的稳定性、频率响应等。
总的来说，Simulink是一个强大的工具，可以用于设计和分析各种控制系统。
通过学习和掌握这个工具，你可以更有效地进行控制系统设计和仿真。
基于MATLABSimulink的控制系统建模与仿真实践
基于MATLABSimulink的控制系统建模与仿真实践控制系统是现代工程领域中一个至关重要的研究方向，它涉及到对系统的建模、分析和设计，以实现对系统行为的控制和调节。
MATLAB Simulink作为一款强大的工程仿真软件，在控制系统领域有着广泛的应用。
本文将介绍基于MATLAB Simulink的控制系统建模与仿真实践，包括建立系统模型、进行仿真分析以及设计控制算法等内容。
1. 控制系统建模在进行控制系统设计之前，首先需要建立系统的数学模型。
MATLAB Simulink提供了丰富的建模工具，可以方便快捷地搭建系统模型。
在建模过程中，可以利用各种传感器、执行器、控制器等组件来描述系统的结构和功能。
通过连接这些组件，并设置其参数和初始条件，可以构建出一个完整的系统模型。
2. 系统仿真分析建立好系统模型后，接下来就是进行仿真分析。
MATLABSimulink提供了强大的仿真功能，可以对系统进行各种不同条件下的仿真实验。
通过改变输入信号、调节参数值等操作，可以观察系统在不同工况下的响应情况，从而深入理解系统的动态特性和性能指标。
3. 控制算法设计在对系统进行仿真分析的基础上，可以针对系统的性能要求设计相应的控制算法。
MATLAB Simulink支持各种常见的控制算法设计方法，如PID控制、状态空间法、频域设计等。
通过在Simulink中搭建控制算法，并与系统模型进行联合仿真，可以验证算法的有效性和稳定性。
4. 系统优化与调试除了基本的控制算法设计外，MATLAB Simulink还提供了优化工具和调试功能，帮助工程师进一步改进系统性能。
通过优化算法对系统参数进行调整，可以使系统响应更加迅速、稳定；而通过调试功能可以检测和排除系统中可能存在的问题，确保系统正常运行。
5. 实例演示为了更好地说明基于MATLAB Simulink的控制系统建模与仿真实践，接下来将通过一个简单的倒立摆控制系统实例进行演示。
基于Simulink的汽车行驶速度PID控制系统仿真
汽车级Simulink建模与仿真
（车辆工程专业）
内容概览
1. 2. 3. 4. 5. 引例：用 Simulink 对微分方程建模仿真 一个发动机模型 离合器接合/分离模型 防抱死制动系统（ABS） 半车模型悬架系统
2
引例
用 Simulink 对下列微分方程进行建模仿真
x 2 x u （u 为常数）
17
实战1：一个发动机模型
发动机 转速闭 环控制 模型
Desired rpm
speed set point
Throttle setting N
theta
dotmai
dotmai
dotPm
Terminator2 PI controller
Pm mai dotmao Pm
Terminator1 part3
26
实战2：离合器接合/分离模型
基本模块介绍：
Hit Crossing：检测输入从指定方向上到达或通过指定 点（sys_hit.mdl）； Goto/From：信号的跳转。注意 Tag 的可见性； Memory：存储模块（sys_memory.mdl）；
Combinatorial Logic：组合逻辑模块；
5
6
7
8
9
10
5
dottheta
0
45
-5 0 1 2 3 4 5 time in seconds 6 7 8 9 10
作业
1、对半车模型悬架系统进行建模仿真。
46
9
实战1：一个发动机模型
6. 发动机扭矩：
10
实战1：一个发动机模型
7. 发动机角加速度：
11
实战1：一个发动机模型
汽车级Simulink建模与仿真
MinMax
9. 判正负
Sign
10. 汇总器
Mux
11. 开关
Switch
Sources Sources Sinks Sinks Math Operations Math Operations Math Operations Math Operations Math Operations Signal Routing Signal Routing
根据下列数学模型，用 Simulink 建模仿真。
1. 节气门开度（输入）：
2. 负载扭矩（输入）：
6
实战1：一个发动机模型
3. 进入进气歧管的空气质量速度：
7
实战1：一个发动机模型
4. 进气歧管的压力变化速度：
8
实战1：一个发动机模型
5. 离开进气歧管的空气质量速度（即进入气缸的空 气质量速度）：
Combinatorial Logic：组合逻辑模块；
27
实战2：离合器接合 /分离模型
Simulink模型：
Tin
slipping
Tfmaxk
wv
Tin
we
NOT
Fn
回调函数 的使用
Tfmaxk Fn
Tfmaxs
part6 1
Gain1
Scope2
1 Gain
Tin
w
locked
locked Tin
Continuous
2. 查找表
Lookup TableLoopup Tables
3. 积分器（限幅）Integrator
Continuous
4. 终止仿真
Stop
Sinks
防止“ 除零 ”而采取的措施： 1.0 – u(1) / (u(2) + (u(2) == 0) * eps)
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基于simulink的车辆行驶控制系统建
模与仿真
基于Simulink的车辆行驶控制系统建模与仿真汽车行驶控制系统是应用非常广泛的控制系统之一，其主要的目的是对汽车的速度进行合理的控制。
系统的工作原理如下：经过速度操纵机构的位置发生改变以设置汽车的速度，再测量汽车当前的速度，并求取它与指定速度的差值，最后由速度差值信号驱动汽车产生相应的牵引力，并由此牵引力改变汽车的速度直到其速度稳定在指定的速度为止。
本文采用Simulink建模，对行驶控制系统进行仿真，并采用Simulink自带的signal constraint模块对PID参数进行优化，仿真结果表明，该系统能在短时间内平稳的达到指定的速度，提高了汽车的操纵性。
1.汽车行驶控制系统的物理模型与数学描述
1）速度操纵机构的位置变换器
位置变换器是汽车行驶控制系统的输入部分，其目的是将速度操纵机构的位置转换为相应的速度，二者之间的数学关系如下所示：
其中x速度操纵机构的位置，v为与之相应的速度。
2）离散行驶控制器
行驶控制器是整个汽车行驶控制系统的核心部分。
简单来说，其功能是根据汽车当前的速度与指定速度的差值，产生相应的牵引力。
行驶控制器为一典型的PID控制器，其数学描述为：积分环节：
微分环节：
系统输出：
其中u（n）为系统的输入，相当于汽车当前速度与指定速度的差值。
y(n)为系统输出，相当于汽车牵引力，x(n)为系统的状态。
Kp，Ki，Kd为PID控制器的比例、积分与微分控制参数。
3）汽车动力机构
汽车动力机构是行驶控制系统的执行机构。
其功能是在牵引力的作用下改变汽车的速度，使其达到指定的速度。
牵引力与速度之间的关系为：
其中v为汽车的速度，F为汽车的牵引力，m=1000kg为汽车的质量，b=20为阻力因子。
2.系统Simulink模型与参数设置
行驶控制系统仿真模型如图1所示：
图1 行驶控制系统仿真模型
Set speed子系统模型如图2所示：
图2 Set speed子系统模型Discrete cruise controller子系统模型如图3所示：
图3 Discrete cruise controller子系统模型Car dynamics子系统模型如图4所示：
图4 Car dynamics子系统模型
我们预设Kp=1，Ki=0.01，Kd=0.
3.系统仿真与分析
当Kp=1，Ki=0.01，Kd=0时仿真结果如图5所示：
图5 预设参数的仿真速度曲线
这时我们运行signal constraint模块对PID参数进行优化，优化结果如图6所示:
图6 优化后仿真速度曲线
优化后的Kd=-5.64×10-4，Ki=0.0089，Kp=10.
我们把仿真数据输出到Workspace，程序和对比图如下：>>plot(ScopeData(:,1),ScopeData(:,2),'LineWidth',1.5);
>>hold on;
>>plot(ScopeData1(:,1),ScopeData1(:,2),'r:','LineWidth',1.5); >>hold off;
>>grid;
图6
经过对比能够发现优化后的参数能够更好的使汽车在较短的时间内平稳的达到指定的速度。
4.小结
这种使用Simulink的仿真方法，能够有效模拟汽车行驶控制系统的作用过程，比较真实地反映汽车速度控制系统的实际工作情况。
经过对仿真结果的分析，表明汽车行驶控制系统在车辆速度控制方面的显著功能，也证明了这种仿真方法的合理性及实用性。
而且仿真系统中的参数能够根据具体车型的改变而改变，非常简单、明了，便于对汽车行驶控制系统的设计以及系统参数的优化。