版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、南京工程学院课程设计说明书成绩题 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 2012.1.2 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3二、控制对象分析32.1、控制设计对象结构示意图32.2、机构特征3三、课设设计要求4四、控制器设计过程和控制方案44.1、系统建模44.2、PID控制器的设计4五、控制系统仿真结构图5六、仿真结果及指标66.1对于二阶传递函数的系统仿真66.1.1 输入为500N时,KP=700、KI=100
2、、KD=100。66.1.2输入为50N时,KP=700、KI=100、KD=10076.2 PID校正的设计过程76.2.1未加校正装置的系统阶跃响应:76.2.2 PID校正装置设计8七、收获和体会9Matlab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2.1、控制设计对象结构示意图图1. 汽车运动示意图2.2、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
3、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: (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,为汽车速度(系统输出),为汽车加速度。假定,。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 4.1、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
4、变换为既然系统输出是汽车的速度,用Y(s)替代v(s),得到 msVs+bVs=u(s)Ys=V(s) (2) (3)该控制系统传递函数为Y(S)U(S)=1ms+b (4)由此,建立了系统模型。 4.2、PID控制器的设计 已知模拟PID控制系统为:模拟PID控制系统 )()(1)()(0dttdeTdtteTteKtuDtIP+=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
5、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。图5-1二阶系统仿真图六、仿真结果及指标6.1对于传递函数的系统仿真建立的是路程S时间t的坐标图,传递函数为,选择T=0.1s来进行验证。对PID控制器中的三个参数KP、KI、KD也利用试凑法进行设定。6.1.1 输入为500N时,KP=700、KI=100、KD=100。图6-1.1 从图6-1.1中可以看到仿真达到的最大值约为10. 25,则最大超调误差为2%远小于10%;由于100s远大于5s,所以我们可以取50s处为无穷远点,读图可知在50s处的值为10,所以其稳态误差为0.4%远小于2%;另外系统
6、在5s时就达到了10m/s,满足题设要求。6.1.2输入为50N时,KP=700、KI=100、KD=100 图6-1.2从图6-1.2中可以看到仿真达到的最大值约为5.14,则最大超调误差为0.07%远小于10%;在30s处的值为5,所以其稳态误差为0;另外系统在5s时就达到了5m/s,符合题设要求。6.2 PID校正的设计过程从系统的原始状态出发,根据阶跃响应曲线,利用串联校正的原理,以及参数变化对系统响应的影响,对静态和动态性能指标进行具体的分析,最终设计出满足我们需要的控制系统。具体设计过程如下:6.2.1未加校正装置的系统阶跃响应: 系统在未加入任何校正环节时的传递函数表达式为,相应
7、的程序代码如下:num=5 600 35;den=1005 650 35;printsys(num,den);bode(num,den,t);得到的系统阶跃响应如图6-2.1所示。从图中可以看出,系统的开环响应曲线未产生振荡, 属于过阻尼性质。为了大幅度降低系统的稳态误差, 同时减小上升时间,我们希望系统各方面的性能指标都能达到一个满意的程度,应进行比例积分微分的综合,即采用典型的PID校正。图6-2.1未加入校正装置时系统的阶跃响应曲线6.2.2 PID校正装置设计对于本例这种工程控制系统,采用PID校正一般都能取得满意的控制结果。此时系统的闭环传递函数为: =Kp,Ki和Kd的选择一般先根
8、据经验确定一个大致的范围,然后通过MATLAB 绘制的图形逐步校正。程序代码为: num=5 600 35;den=1005 650 35;num,den=cloop(5 600 35,1005 650 35);得到加入PID校正后系统的闭环阶跃响应如图6-2.2所示。从图3和程序运行结果中可以清楚的知道,系统的静态指标和动态指标,上升时间小于5s,超调量小于10%。图6-2.2 PID校正后系统的闭环阶跃响应曲线七、收获和体会通过这次试验,我懂得了更多的知识,虽然刚开始时好多都不懂。但是经过和同学的讨论,在各位老师的悉心培育下,对MATLAB的Simulink仿真有了更深的理解。参数的设定也是一个麻烦的过程,采样周期的选择既不能过大也不能过小,经过分析,最终选择T=0.1S,另外,为满足题目要求,对PID控制器中的三个参数KP、KI、KD利用试凑法进行设定,这里只能根据系统以及三个参数的特性,反复的试凑,直到满足要求。再试凑的过程中我发现饱和器saturation 对系统特性曲线也有很大影响,通过试凑,在一阶中,我选择了最大限制参数为1200
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 在乡村实习证明模板(6篇)
- 公司法务基础知识题库单选题100道及答案解析
- 语文统编版(2024)一年级上册识字4.日月山川 教案
- 《学前儿童卫生保健》 教案 12 项目二:学前儿童意外事故的急救1
- 第2章 第5节 营养学基础课件
- 学校传染病控制课件
- 2024-2025学年专题10.3 物体的浮沉条件及应用-八年级物理人教版(下册)含答案
- 2024届山西省太原市第四十八中学高三下学期3月线上教学数学试题检测试题卷二
- 第3章 圆的基本性质 浙教版数学九年级上册章末训练题(含答案)
- 招考《弯道跑》说课稿
- 2024-2030年飞机发动机密封件行业市场现状供需分析及重点企业投资评估规划分析研究报告
- 国开2024年秋《学前教育科研方法》形考作业1-3答案
- 2024年四川省巴中市中考语文试卷(含官方答案及详解)
- 湖南省湘楚名校联考2024-2025学年高三上学期8月月考英语试题
- 3.1列代数式表示数量关系(第2课时 列代数式) 课件 2024-2025学年七年级数学上册 (人教版2024)
- 宿迁市楚丰农业科技发展集团有限公司招聘笔试题库2024
- 二年级下册音乐说课稿 (简谱) 3.4 《跳圆舞曲的小猫》 湘艺版
- 2024年交通运输行政执法资格考试试题
- 中小学十五五发展规划(2025-2030)
- AQ 1066-2008 煤层瓦斯含量井下直接测定方法(正式版)
- 承包蟹塘合同
评论
0/150
提交评论