汽车运动控制系统仿真

汽车运动控制系统

仿真

一、摘要 2

二、课程设计任务 3

1．问题描述 3

2．设计要求 3

三、课程设计内容 4

1、系统的模型表示 4

2、利用Matlab进行仿真设计 4

3、利用Simulink进行仿真设计 9总结与体会 10

参考文献 10

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

一、课程设计任务

1. 问题描述

如下图所示的汽车运动控制系统，设该系统中汽车车轮的转动惯量能够忽略不计，而且假定汽车受到的摩擦阻力大小与汽车的运动速度成正比，摩擦阻力的方向与汽车运动的方向相反，这样，该汽车运动控制系统可简化为一个简单的质量阻尼系统。

根据牛顿运动定律，质量阻尼系统的动态数学模型可表示

为：

v

y u bv v m 系统的参数设定为：汽车质量m =1000kg ，

比例系数b =50 N·s/m ，

汽车的驱动力u =500 N 。

根据控制系统的设计要求，当汽车的驱动力为500N 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能够设定为：

上升时间：t r <5s ；

最大超调量：σ％<10％；

稳态误差：e ssp <2％。

2.设计要求

1．写出控制系统的数学模型。

2．求系统的开环阶跃响应。

3．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

利用Simulink 进行仿真设计。

二、课程设计内容

1.系统的模型表示

假定系统的初始条件为零，则该系统的Laplace 变换式为：

)

()()()()(s V s Y s U s bV s msV 即 )()()(s U s bY s msY 则该系统的传递函数为：b

ms s U s Y 1)()( 如果用Matlab 语言表示该系统的传递函数模型，相应的程序代码如下：

num=1;den=[1000,50];sys=tf(num,den)

同时，系统的数学模型也可写成如下的状态方程形式：

v

y u m v m b v 1 如果用Matlab 语言表示该系统状态空间模型，相应的程序代码如下：