汽车运动控制方案
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汽车运动控制方案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
南京工程学院
课程设计说明书
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
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 .......................................................... 错误!未定义书签。
二、控制对象分析 .................................................. 错误!未定义书签。
、控制设计对象结构示意图 ............................ 错误!未定义书签。
、机构特征 ....................................................... 错误!未定义书签。
三、课设设计要求 .................................................. 错误!未定义书签。
四、控制器设计过程和控制方案 ........................... 错误!未定义书签。
、系统建模 ....................................................... 错误!未定义书签。
、PID控制器的设计 ......................................... 错误!未定义书签。
五、控制系统仿真结构图....................................... 错误!未定义书签。
六、仿真结果及指标............................................... 错误!未定义书签。
对于二阶传递函数的系统仿真 ........................ 错误!未定义书签。
输入为500N时，K P=700、K I=100、K D=100。错误!未定义书
签。
输入为50N时，K P=700、K I=100、K D=100错误!未定义书签。
PID校正的设计过程 ........................................ 错误!未定义书签。
未加校正装置的系统阶跃响应：.............. 错误!未定义书签。
PID校正装置设计...................................... 错误!未定义书签。
七、收获和体会 ...................................................... 错误!未定义书签。
Matlab 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Matlab 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
、控制设计对象结构示意图
图1. 汽车运动示意图
、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：
⎩
⎨⎧==+v y u bv v m （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，v 为汽车速度（系统输出），v
为汽车加速度。 假定kg m 1000=，m s N b /50⋅=，N u 500=。
三、课设设计要求
（1）当汽车的驱动力为500N时，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。
四、控制器设计过程和控制方案
、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）
bY
s
s
msY=
+（3）
U
)
)
(
(
)
(s
该控制系统传递函数为
（4）
由此，建立了系统模型。
、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 :
Kp 为比例系数；TI 为积分时间常数；TD 为微分时间常数。
取拉氏变换 ，整理后得PID 控制器的传递函数为 ：
其中： ——积分系数； ——微分系数。
在本题中可知系统的传递函数为：
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。
s K s K K s T s T K s E s U s D D I P D I P ++=++==)11()()()(I
P I T K
K =D P D T K K =] ) ( ) ( 1 )
( [ ) ( 0 dt t de T dt t e T t e K t u D t I P