汽车运动控制仿真实验报告

汽车运动控制系统仿真设计姓名：学号：912110300325班级：9121102001一、题目介绍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函数，并应用Matla进行仿真分析。通过本次仿真设计，建立理论知识与生活中对象之间的联系，加深和巩固所学的控制理论知识。二、控制对象分析1、控制设计对象简化图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：{mv̇+bv=uy=v（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），v̇为汽车加速度。3、对系统的参数进行如下设定：汽车质量m=1200kg比例系数b=60N·s/m汽车的驱动力u=600N。三、题目要求分析当汽车的驱动力为600N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设定为：上升时间：5s；最大超调量：10％；稳态误差：2％。所以，写出控制系统的数学模型：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{msV(s)+bV(s)=u(s)Y(s)=V(s)（2）由于系统输出是汽车的运动速度，用Y(S)替代V(s)，得到：msY(s)+bY(s)=U(s)（3）该控制系统汽车运动控制系统模型的传递函数为：Y(s)U(s)=1ms+b（4）由此，建立了系统模型。四、系统模型的仿真根据我们建立的数学模型，求系统的开环阶跃响应由汽车质量m=1200kg，比例系数b=60N·s/m，汽车的驱动力u=600N。1）在MATLAB中输入代码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（汽车将在5秒内达到10m/s的最大速度），需要加上合适的控制器。为了得到更符合要求的系统仿真，我们还需要应用PID控制，根据阶跃响应曲线和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。这里不作深入的研究。2）利用Simulink进行仿真设计利用Simulink建立系统阶跃响应模型，如下图所示。双击Step模块，设置模块属性：跳变时间为0；初始值为0；终止值为10；采样时间为0。四、总结通过这次试验，我开始时毫无头绪，后来去图书馆查看资料，从一到课后题中得到启发，决定研究对汽车速度控制系统的仿真。另外题目中要求用数字PID方式来控制实现，本例中鉴于学识有限，并未进行深入研究，只是对简单开环系统做了仿真设计。题目难度不高，并未遇到什么特别的难处，但还是问了小伙伴一些问题。经过和同学的讨论，让我更懂得了团结的重要。也多谢老师给我们足够的耐心和辅导。以后对于专业知识，我还是会更努力学习的。