实验七对汽车控制系统的设计与仿真范文

1、实验七对汽车控制系统的设计与仿真实验七对汽车控制系统的设计与仿真一、实验目的：经过实验对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，掌 握控制系统性能的分析和仿真处理过程，熟悉用Matlab和 Simulink进行系统仿真的基本方法。二、实验学时：4个人计算机，Matlab软件。三、实验原理：本实验是对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，其 方法是先对汽车运动控制系统进行建摸，然后对其进行PID控制 器的设计，建立了汽车运动控制系统的模型后，可采用Matlab和 Simulink对控制系统进行仿真设计。注意：设计系统的控制器之前要观察该系统的开环阶跃响 应，采用阶跃响应函数step()来实现，

2、如果系统不能满足所要 求达到的设计性能指标，需要加上合适的控制器。然后再按照仿 真结果进行PID控制器参数的调整，使控制器能够满足系统设计 所要求达到的性能指标。问题的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。 v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：mV- bv = uI J = v系统的参数设定为：汽车质量m=1000kg,比例系数b=50 Ns/m,汽车的驱动力u=500 N。根据控制系

3、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：L5s；最大超调量：。10%；稳态误差：essp2%。2、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：msV (s) + bV (s) = U (s)an即J msY(s) + bY(s) = U(s)Y(s) = V (s)则该系统的传递函数为：=1U (s) ms + b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：

4、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：届bv +1 u1 m my = v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：A=-50/1000;B=1/1000;C=1;D=0;sys=ss(A,B,C,D)四、实验内容：系统的仿真设计利用Matlab进行仿真设计(1)求系统的开环阶跃响应在Matlab命令窗口输入相应的程序代码，得出该系统的模型后，接着输入下面的指令：step(u*sys)可得到该系统的开环阶跃响应曲线，如下图所示：从图上可看出该系统不能满足系统设计所要求达到的性能指标，需要加上合适的控制器。（2）PID控制器的设计PID控制器的传递函数为：K + 土 + K s =驻2 + Kp + 土在pid控制中，比例 P s Ds（P）、积分（I）、微分（D）这三种控制所起的作用是不同的（请注意在实验总结中进行归纳）。下面分别讨论其设计过程。比例（P）控制器的设计增加比例控制器之后闭环系统的传递函数为：Y （s）K=PU （s）