车辆系统横向运动稳定性评判的数值仿真研究

基于MATLAB的汽车运动控制系统设计仿真

课程设计 题目汽车运动控制系统仿真设计学院计算机科学与信息工程学院班级2010级自动化班 姜木北：2010133*** 小组成员 指导教师吴

2013 年12 月13 日 汽车运动控制系统仿真设计 10级自动化2班姜鹏 2010133234 目录 摘要 (3) 一、课设目的 (4) 二、控制对象分析 (4) 2.1、控制设计对象结构示意图 (4) 2.2、机构特征 (4) 三、课设设计要求 (4) 四、控制器设计过程和控制方案 (5) 4.1、系统建模 (5) 4.2、系统的开环阶跃响应 (5) 4.3、PID控制器的设计 (6) 4.3.1比例（P）控制器的设计 (7) 4.3.2比例积分（PI）控制器设计 (9) 4.3.3比例积分微分(PID)控制器设计 (10) 五、Simulink控制系统仿真设计及其PID参数整定 (11) 5.1利用Simulink对于传递函数的系统仿真 (11) 5.1.1 输入为600N时，KP=600、KI=100、KD=100 (12) 5.1.2输入为600N时，KP=700、KI=100、KD=100 (12) 5.2 PID参数整定的设计过程 (13) 5.2.1未加校正装置的系统阶跃响应： (13) 5.2.2 PID校正装置设计 (14) 六、收获和体会 (14) 参考文献 (15)

摘要 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

91108-飞行力学-第10章：飞机的横航向动稳定性和操纵性

第10章 飞机的横航向动稳定性和动操纵性 作业： 10.1 10.2 10.4 10.5

内容10.1 飞机横航向动稳定性10.1.2 典型的横航向运动模态10.1.3 滚转模态 10.1.4 螺旋模态 10.1.5 滚转--螺旋模态 10.1.6 荷兰滚模态 10.2 飞机横航向动操纵性10.2.1 副翼的操纵反应 10.2.2 方向舵的操纵反应 小结

由组成的四阶方程，对于正常布局的飞机，它由一个负的大实根、一对实部为负的共轭复根和一个小的实根（可正可负）组成。 10.1.2 典型的横航向运动模态 ,,,p r βφ滚转模态 荷兰滚模态 螺旋模态负的大实根负的共轭复根 小的实根

对应于特征方程中的一个大的负实根； 其特征是衰减很快的非周期运动，其振幅衰减一半的时间仅为零点几秒； 受横侧扰动后，飞机绕机体轴的单自由度滚转，收敛过程很快。运动变量是滚转角速度和滚转角； 飞机具有较大的横向阻尼（来源机翼），运动衰减快，一般均能满足品质要求。 1.滚转模态 ,p φlp C

飞机横航向运动中最重要的模态； 对应特征方程中的一对共轭复根，滚转角、侧滑角和偏航角的量级相同； 偏航运动略超前滚转，即左偏航时右滚转。飞机重心沿直线轨迹前进，颇似荷兰人的滑冰动作而得名； 模态频率高，周期约为数秒至十几秒，介于纵向长、短周期之间。品质规范对其特性有严格要求。 ,,βφψ荷兰？

3.螺旋模态 对应特征方程中的一个小实根； 特征是衰减缓慢的非周期运动，运动变量为偏航角和滚转角； 允许其特征根为一小的正根，由于运动不 稳定时呈螺旋状而得名； 运动缓慢，半幅或倍幅时间长，约上百秒，易于纠正，对其模态特性要求不高。 ,ψφ

稳定性分析答案

稳定性分析 2009-10-14 14:18 1功角的具体含义。 电源电势的相角差，发电机q轴电势与无穷大系统电源电势之间的相角差。 电磁功率的大小与δ密切相关，故称δ为“功角”或“功率角”。电磁功率与功角的关系式被称为“功角特性”或“功率特性”。 功角δ除了表征系统的电磁关系之外，还表明了各发电机转子之间的相对空间位置。 2功角稳定及其分类。 电力系统稳态运行时，系统中所有同步发电机均同步运行，即功角δ 是稳定值。系统在受到干扰后，如果发电机转子经过一段时间的运动变化后仍能恢复同步运行，即功角δ 能达到一个稳定值，则系统就是功角稳定的，否则就是功角不稳定。 根据功角失稳的原因和发展过程，功角稳定可分为如下三类： 静态稳定（小干扰） 暂态稳定（大干扰） 动态稳定（长过程） 3电力系统静态稳定及其特点。 定义：指电力系统在某一正常运行状态下受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到原始运行状态的能力。如果能，则认为系统在该正常运行状态下是静态稳定的。不能，则系统是静态失稳的。 特点：静态稳定研究的是电力系统在某一运行状态下受到微小干扰时的稳定性问题。系统是否能够维持静态稳定主要与系统在扰动发生前的原始运行状态有关，而与小干扰的大小、类型和地点无关。 4电力系统暂态稳定及其特点。 定义：指电力系统在某一正常运行状态下受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来的稳态运行状态的能力。通常指第一或第二振荡周期不失步。如果能，则认为系统在该正常运行状态下该扰动下是暂态稳定的。不能，则系统是暂态失稳的。 特点：研究的是电力系统在某一运行状态下受到较大干扰时的稳定性问题。系统的暂态稳定性不仅与系统在扰动前的运行状态有关，而且与扰动的类型、地点及持续时间均有关。 作业2 5发电机组惯性时间常数的物理意义及其与系统惯性时间常数的关系。 表示在发电机组转子上加额定转矩后，转子从停顿状态转到额定转速时所经过的时间。TJ=TJG*SGN/SB 6例题6-1 (P152) （补充知识：当发电机出口断路器断开后，转子做匀加速旋转。汽轮发电机极对数p=1。额定频率为50Hz。要求列写每个公式的来源和意义。）题目:已知一汽轮发电机的惯性时间常数Tj=10S,若运行在输出额定功率状态，在t=0时其出口处突然断开。试计算（不计调速器作用） （1）经过多少时间其相对电角度（功角）δ=δ0+PAI.(δ0为断开钱的值）（2）在该时刻转子的转速。 解:（1）Tj=10S,三角M*=1,角加速度d2δ/dt2=三角M*W0/Tj=W0/10=S2 δ=δ0+δ/dt2 所以PI=*2PI*f/10t方 t=更号10/50=

运动控制系统双闭环直流调速系统仿真

运动控制系统双闭环直流调速系统仿真 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-

本科生课程论文课程名称运动控制系统 学院机自学院 专业电气工程及其自动化学号 1212XXXX 学生姓名翟自协 指导教师杨影 分数

题目： 双闭环直流调速系统仿真 对例题设计的双闭环系统进行设计和仿真分析，仿真时间10s 。具体要求如下： 在一个由三相零式晶闸管供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为： P P =60kW ， P P =220V ， P P =308 A ， P P =1000 r/min ， 电动势系数 P P = V ·min/r ，主回路总电阻 R =Ω，变换器的放大倍数 P P =35。电磁时间常数 P P =，机电时间常数 P P =，电流反馈滤波时间常数 P PP =，转速反馈滤波时间常数 P PP =。额定转速时的给定电压(P P ?)P =10V ，调节器ASR ，ACR 饱和输出电压P PP ?= 8V ， P PP =。 系统的静、动态指标为：稳态无静差，调速范围D=10，电流超调量 ≤5% ，空载起动到额定转速时的转速超调量 ≤10%。试求： （1）确定电流反馈系数β(假设起动电流限制在 以内)和转速反馈系数α。 （2）试设计电流调节器ACR.和转速调节器ASR 。 （3）在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。给出空载起动到额定转速过程中转速调节器积分部分不限幅与限幅时的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出），指出空载起动时转速波形的区别，并分析原因。 （4）计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量σn 。并与仿真结果进行对比分析。

实验一--控制系统的稳定性分析

实验一--控制系统的稳定性分析

实验一控制系统的稳定性分 班级：光伏2班 姓名：王永强 学号：1200309067

实验一控制系统的稳定性分析 一、实验目的 1、研究高阶系统的稳定性，验证稳定判据的正确性； 2、了解系统增益变化对系统稳定性的影响；

3、观察系统结构和稳态误差之间的关系。 二、实验任务 1、稳定性分析 欲判断系统的稳定性，只要求出系统的闭环极点即可，而系统的闭环极点就是闭环传递函数的分母多项式的根，可以利用MATLAB中的tf2zp函数求出系统的零极点，或者利用root函数求分母多项式的根来确定系统的闭环极点，从而判断系统的稳定性。 （1）已知单位负反馈控制系统的开环传递 函数为 0.2( 2.5) () (0.5)(0.7)(3) s G s s s s s + = +++，用MATLAB编写 程序来判断闭环系统的稳定性，并绘制闭环系统的零极点图。 在MATLAB命令窗口写入程序代码如下：z=-2.5 p=[0,-0.5,-0.7,-3] k=1 Go=zpk(z,p,k)

Gc=feedback(Go,1) Gctf=tf(Gc) dc=Gctf.den dens=ploy2str(dc{1},'s') 运行结果如下： Gctf = s + 2.5 --------------------------------------- s^4 + 4.2 s^3 + 3.95 s^2 + 2.05 s + 2.5 Continuous-time transfer function. dens是系统的特征多项式，接着输入如下MATLAB程序代码： den=[1,4.2,3.95,1.25,0.5] p=roots(den)

控制系统的稳定性分析

精品 实验题目控制系统的稳定性分析 一、实验目的 1．观察系统的不稳定现象。 2．研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。 二、实验仪器 1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、系统模拟电路图 系统模拟电路图如图3-1 图3-1 系统模拟电路图R3=0～500K； C=1μf或C=0.1μf两种情况。 四、实验报告 1．根据所示模拟电路图，求出系统的传递函数表达式。 G(S)= K=R3/100K,T=CuF/10 2．绘制EWB图和Simulink仿真图。

精品 3．根据表中数据绘制响应曲线。 4．计算系统的临界放大系数，确定此时R3的值，并记录响应曲线。 系统响应曲线 实验曲线Matlab （或EWB）仿真 R3=100K = C=1UF 临界 稳定 （理论值 R3= 200K） C=1UF

精品 临界 稳定 （实测值 R3= 220K） C=1UF R3 =100K C= 0.1UF

精品 临界 稳定 （理论 值R3= 1100 K） C=0.1UF 临界稳定 （实测值 R3= 1110K ） C= 0.1UF

精品 实验和仿真结果 1．根据表格中所给数据分别进行实验箱、EWB或Simulink实验，并进行实验曲线对比，分析实验箱的实验曲线与仿真曲线差异的原因。 对比： 实验曲线中R3取实验值时更接近等幅振荡，而MATLAB仿真时R3取理论值更接近等幅振荡。 原因： MATLAB仿真没有误差，而实验时存在误差。 2．通过实验箱测定系统临界稳定增益，并与理论值及其仿真结果进行比较（1）当C=1uf，R3=200K(理论值)时，临界稳态增益K=2， 当C=1uf，R3=220K(实验值)时，临界稳态增益K=2.2，与理论值相近（2）当C=0.1uf，R3=1100K(理论值)时，临界稳态增益K=11 当C=0.1uf，R3=1110K(实验值)时，临界稳态增益K=11.1，与理论值相近 四、实验总结与思考 1．实验中出现的问题及解决办法 问题：系统传递函数曲线出现截止失真。 解决方法：调节R3。 2．本次实验的不足与改进 遇到问题时，没有冷静分析。考虑问题不够全面，只想到是实验箱线路的问题，而只是分模块连接电路。 改进：在实验老师的指导下，我们发现是R3的取值出现了问题，并及时解决，后续问题能够做到举一反三。 3．本次实验的体会 遇到问题时应该冷静下来，全面地分析问题。遇到无法独立解决的问题，要及时请教老师，

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： 通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，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。 1. 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可以忽略不计，并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可以设定为： 上升时间：t r <5s ； 最大超调量：σ％<10％； 稳态误差：e ssp <2％。 2、系统的模型表示

控制系统的稳定性

3.8 控制系统的稳定性 3.8 控制系统的稳定性 稳定性是控制系统最重要的特性之一。它表示了控制系统承受各种扰动，保持其预定工作状态的能力。不稳定的系统是无用的系统，只有稳定的系统才有可能获得实际应用。我们前几节讨论的控制系统动态特性，稳态特性分析计算方法，都是以系统稳定为前提的。 3.8.1 稳定性的定义 图3.26（a）是一个单摆的例子。在静止状态下，小球处于A位置。若用外力使小球偏离A而到达A’，就产生了位置偏差。考察外力去除后小球的运动，我们会发现，小球从初始偏差位置A'，经过若干次摆动后，最终回到A点，恢复到静止状态。图3.26（b）是处于山顶的一个足球。足球在静止状态下处于B位置。如果我们用外力使足球偏离B位置，根据常识我们都知道，足球不可能再自动回到B位置。对于单摆，我们说A位置是小球的稳定位置，而对于足球来说，B则是不稳定的位置。 图 3.26 稳定位置和不稳定位置 （a）稳定位置；(b)不稳定位置 处于某平衡工作点的控制系统在扰动作用下会偏离其平衡状态，产生初始偏差。稳定性是指扰动消失后，控制系统由初始偏差回复到原平衡状态的性能。若能恢复到原平衡状态，我们说系统是稳定的。若偏离平衡状态的偏差越来越大，系统就是不稳定的。 在控制理论中，普遍采用了李雅普诺夫（Liapunov）提出的稳定性定义，内容如下： 设描述系统的状态方程为 (3.131)

式中x(t)为n维状态向量，f(x(t),t)是n维向量，它是各状态变量和时间t的函数。如果系统的某一状态,对所有时间t，都满足 (3.132) 则称为系统的平衡状态。是n维向量。当扰动使系统的平衡状态受到破坏时，系统就会偏离平衡状态，在时，产生初始状态=x。在时，如果对于任一实数，都存在另一实数，使得下列不等式成立 (3.133) (3.134) 则称系统的平衡状态为稳定的。 式中称为欧几里德范数，定义为： (3.135) 矢量的范数是n维空间长度概念的一般表示方法。 这个定义说明，在系统状态偏离平衡状态，产生初始状态以后，即以后，系统的状态将会随时间变化。对于给定的无论多么小的的球域S()，总存在另一个的球域，只要初始状态不超出球域，则系统的状态 的运动轨迹在后始终在球域S()内，系统称为稳定系统。 当t无限增长，如果满足： (3.136) 即系统状态最终回到了原来的平衡状态，我们称这样的系统是渐近稳定的。对于任意给定的正数，如果不存在另一个正数，即在球域内的初始状态，在后，的轨迹最终超越了球域S()，我们称这种系统是不稳定的。 图3.27是二阶系统关于李雅普诺夫稳定性定义的几何说明。

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可以忽略不计，并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可以设定为： 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

车辆蛇形运动稳定性及运行振动分析

车辆蛇形运动稳定性及运行振动分析 1、车辆蛇形运动稳定性 具有一定他面形状的轨道轮对即使沿着平直轨道运转，受到微小激扰后就会产生一种振幅保持现状或继续增大直道轮缘受到约束的特有运动，此时轮对向前滚动一面横向往摆动，一面又绕铅锤中心来回转动，其轮对中心轨迹呈波浪形，称蛇形运动，当激扰消失而剧烈的蛇形运动不能收敛时，则称蛇行失稳。表面上轮对并未受到钢轨的纵向或横向位移激振，实际上这是一种自激振动，试论对对钢轨的相对运动产生了内部激振力，由这种激振力维持轮对相对运动，由机车牵引力提供的非振动能量由于轮轨间的自激机制转换为蛇形运动的能量。当车辆运行到某速度时车辆系统中的阻尼无法消耗这种能量。蛇形运动就失稳，该速度就称为蛇形失稳临界速度，轮轨间的蛇形运动是由等效斜率的踏面产生的，这种踏面避免轮对的轮缘始终贴靠在轨侧运动而采取的自动取中措施，正是这种取中的能力在一定条件下转化为失稳的动力。在纯粘着滚动假设条件下，由锥形踏面轮对与钢轨间的几何关系可以推导出一个无约束自由轮对的蛇形运动频率W w及波长L w的公式，之后又推出了轴距为2L w的刚性二轴结构转向架的蛇形波长L t及蛇形频率W t的相关公式。W w = 2πv/L w，L w =2πbr×1/λe2, W t =2πv/L t，影响蛇形运动因素很多，主要有以下几个，1轮对定位刚度，2轮对踏面等效斜率λe，3蠕滑系数，4转向架固定轴距，5中央悬挂装置。 2、车辆运行振动分析 车辆垂直振动，城市轨道车辆的转向架通常采用二系悬挂，力求在有限的空间获得柔性，研究表明，车辆的两个自由度简化的垂直振动系统有两个自振频率，低频P1与总静挠度f st有关，而高频P2除与静挠度有关外，还与刚度及车体质量和簧上部分质量之比有关。低频对应的振动型为车体与构架做相同振动，而高频振动对应车体与构架做反向振动，车体以低频振动为主，而构架则以高频振动为主干线客车及地铁轻轨车辆的两系垂直总挠度通常均在160mm以上。当中央系采用空气弹簧时，空气弹簧空气有弹簧的静挠度值可达200mm—300mm 。因此，车辆低频振动一般在1Hz左右，使车辆具有良好的隔振性能，减缓了轮轨冲击力对车体的影响。当车辆在中央及轴箱弹簧悬挂处并联阻尼器后，阻尼可以吸收车辆振动能量以衰减振动，具有阻尼的简化系统同样有两个自振频率，并各自对应一定的型，在阻尼不大的情况下，它们的自振频率和振型均与无阻尼系统的自振频率和振型相似。设置阻尼可以衰减车辆振动，一般阻尼设置在静挠度较大的中央悬挂，以有效设置车体振动，通过分析不同阻尼及一、二系弹簧静挠度比下的车体响应加速度振幅与激振频率的关系，可得到阻尼过大可以有力的抑制低频共振区的振动，但是车体高频振动加速度反而增大。阻尼过小则低频共振峰突起，而高频振动不大。

对汽车控制系统建模与仿真

对汽车控制系统建模与仿真 摘要：PID 控制是生产过程中广泛使用的一种最基本的控制方法，本文分别采用用简单的比例控制法和用PID控制来控制车速，并用MATLAB对系统进行了动态仿真，具有一定的通用性和实用性。 关键词：MATLAB 仿真；比例控制；PID 控制 1 MATLAB和PID概述 MATLAB是matrix和laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 2车辆行驶过程车速的数学模型 对行驶在斜坡上的汽车的车速进行动态研究，可以分析车辆的性能，指导车辆的设计。MATLAB软件下的SIMULILNK模块是功能强大的系统建模和动态仿真的软件，为车辆行驶过程车速控制分析提供了一种有效的手段。 汽车行驶如图7.4.1所示的斜坡上，通过受力分析可知在平行于斜面的方向上有三个力作用于汽车上：发动机的力、空气阻力和重力沿斜面的分量下滑力。

运动控制系统仿真---实验讲义

《运动控制系统仿真》实验讲义 谢仕宏 xiesh@https://www.wendangku.net/doc/ba12970986.html, 实验一、闭环控制系统及直流双闭环调速系统仿真 一、实验学时：6学时 二、实验内容： 1.已知控制系统框图如图所示：

图1-1单闭环系统框图 图中，被控对象G(S) 10e-150s，GC(S)为PID控制器，试整定PID控制器 300s + 1 参数，并建立控制系统Simulink仿真模型。再对PID控制子系统进行封装，要求可通过封装后子系统的参数设置页面对KP、Ti、Td进行设置。 2.已知直流电机双闭环调速系统框图如图1-2所示。试设计电流调节器ACR和转速调 节器ASR并进行SimUIink建模仿真。 图1-2直流双闭环调速系统框图 三、实验过程： 1、建模过程如下： (1)PID控制器参数整顿 根据PID参数的工程整定方法(Z-N法)，如下表所示，KP= 伯=0.24,Ti= 2 =300, Kτ Td= 0. 5 =75。 表1-1 Z-N法整定PID参数

PI 0.9T -K T3τ无0.4K c0.8TC无 PID 1.2T K I 2τ0?5τ0.6K C 0.5TC0.12TC (2) Simulink仿真模型建立 建立SimUIink仿真模型如下图1-3所示，并进行参数设置: 图1-3中，SteP模块"阶跃时间”改为 O, Transport Delay模块的"时间延迟”设置为 150,仿真时间改为1000s，如下图1-4所示： 图1-3 PID控制参数设置 运行仿真，得如下结果:

IP 回 Gaml Integrator du'dl S S □ VieW Simulation FOrmat ToOlS C? I ∣-CaΛtel 5 0.5 O 500 IPlD ≠ I ≡ ?希刊 3片令Uy 卜I IlOOo J?orΛal 三爭 E Φ I- F 過应? 图1-7 PID 子系统 Tim& offset. 0 (3) PID 子系统的创建 首先将参数 Gain 、Gain1、Gain 三个模块的参数进行设置，如下图所示: 再对PID 子系统进行圭寸装，选中"SUbSyStem ”后，单击鼠标右键，选择" MaSk SUbSyStem ”，弹 图1-5 PID 控制运行结果 Garn WO O ≡ a [^： P 刃盹逼圖0 ■垢 G I airl2 Deirivativ? W FUnCtlOn BlaCk PararrleterS- Gain 图1-6 PID 参数设置 然后建立PID 控制器子系统，如下图 1-7所示: TranSier FCn Transport Delay SietLal AttrLbU EiElIerrt-UriSe g ,aiιι (y =, Je-IaIi 吕 FUnCtiOn BIoCk Paranneters≡ Gain2 Signal Att ribut SaJliJJIe tine (-1 for i≡< P a,E ≥τ∣e i t 6r AttElbules Hlenent 5?jιple txι≡c (-1 fur Ieih Knlt ipLicat iαι∏LS EleMrtt -vise (K. *u) Sanple tune Ii-I for inketLtθd) i Elenent-Wije g 自丄n (y = .)LAU) _OE j??tn? ??LΠ Jy ± K ÷ α Or u^K}a V? FUnCtiOn Block Parameters ： GainI K?LΓi (T) IlU I ltiPIICatiOn5 EIenI l eT SUbSyStem 10 300s+1

运动控制系统仿真---实验讲义全

《运动控制系统仿真》实验讲义 仕宏 xiesh https://www.wendangku.net/doc/ba12970986.html,

实验一、闭环控制系统及直流双闭环调速系统仿真 一、实验学时：6学时 二、实验容： 1. 已知控制系统框图如图所示： 图1-1 单闭环系统框图 图中，被控对象s e s s G 1501 30010)(-+=，Gc(s)为PID 控制器，试整定PID 控制器参数，并建立控制系统Simulink 仿真模型。再对PID 控制子系统进行封装，要求可通过封装后子系统的参数设置页面对Kp 、Ti 、Td 进行设置。 2. 已知直流电机双闭环调速系统框图如图1-2所示。试设计电流调节器ACR 和转速调 节器ASR 并进行Simulink 建模仿真。 图1-2 直流双闭环调速系统框图 三、实验过程： 1、建模过程如下： （1）PID 控制器参数整顿 根据PID 参数的工程整定方法（Z-N 法），如下表所示， Kp=τ K T 2.1=0.24，Ti=τ2=300，Td=τ5.0=75。 控制器类型 由阶跃响应整定 由频域响应整定 Kp Ti Td Kp Ti Td P τK T 无 无 c K 5.0 无 无 PI τ K T 9.0 τ3 无 c K 4.0 c T 8.0 无 PID τK T 2.1 τ2 τ5.0 c K 6.0 c T 5.0 c T 12.0 （2 建立simulink 仿真模型如下图1-3所示，并进行参数设置：

图1-3 PID控制系统Simulink仿真模型 图1-3中，step模块“阶跃时间”改为0，Transport Delay模块的“时间延迟”设置为150，仿真时间改为1000s，如下图1-4所示： 图1-3 PID控制参数设置 运行仿真，得如下结果： 图1-5 PID控制运行结果

运动稳定性

运动稳定性 运动稳定性（motion，stabilityof）物体或系统在外干扰的作用下偏离其运动后返回该运动的性质。若逐渐返回原运动则称此运动是稳定的，否则就是不稳定的。对任何运动，外干扰都是经常存在的，因此可以说，物体或系统的某一运动的稳定性就是它的存在性，只有稳定的运动才能存在。在工程技术上，要使设计对象的某些运动能够实现，那些运动必须是稳定的。 1学说发展 运动是一切事物的变化过程，所以研究运动的稳定性，涉及所有科学技术领域，包括社会科学。1892年俄国数学家A.M. 李亚普诺夫开创了运动稳定性研究的新纪元。他提出解决运动稳定性问题的两个方法：第一，是通过求解系统的微分方程分析运动的稳定性；第二，(直接法)是定性的方法，它不需求解微分方程，而是寻求具有某些性质的函数(称李亚普诺夫函数)，使这些函数与微分方程相联系，就可控制积分轨线的动向。李亚普诺夫第二方法是目前解决运动稳定性问题的基本方法，已在应用数学、陀螺力学、自动控制、航空航天等领域广泛应用。当今，如不作说明，运动稳定性常被理解为李亚普诺夫稳定性。 2线性系统的稳定性 有3种：稳定、临界情况和不稳定，它们分别对应于李亚普诺夫意义下的渐近稳定、稳定和不稳定。线性系统有以下两个常见的数学模型：①高阶微分方程，式中x(i)表示x的i阶导数，ai为标量系数。②一阶微分方程组，式中A为n×n 常值阵。下面分别给出这两个数学模型代表的线性系统的稳定性定理。 ①高阶微分方程线性系统稳定性定理。若上面第一个方程的特征根，即特征方程λn+a1λn-1+…+an-1λ+an=0的根，均具有负实部，则系统稳定；有一个零根 或一对虚根而其余根有负实部，则系统属临界情况；其他情况下，系统不稳定。为避免求根而直接由方程的系数判别系统的稳定性，有代数判据：A.赫维茨判据和E.J.劳思检验法。 ②一阶方程组线性系统稳定性定理。若上面第二个方程组的特征根，即特征方程det[λΙ－A]=0 的根，均具有负实部，则系统稳定；有一个正实部的根，则系统不稳定；实部为零的根代数重数等于其几何重数且其余根均有负实部，则属临界情况；实部为零的重根代数重数大于几何重数，则系统不稳定。 3定常非线性系统 定常非线性系统的稳定性

基于Matlab的汽车主动悬架控制器设计与仿真

《现代控制理论及其应用》课程小论文 基于Matlab的汽车主动悬架控制器设计与仿真 学院：机械工程学院 班级：ＸＸＸＸ（XX） 姓名：X X X 2015年6月3号 河北工业大学

目录 1、研究背景 (3) 2、仿真系统模型的建立 (4) 2.1被动悬架模型的建立 (4) 2.2主动悬架模型的建立 (5) 3、LQG控制器设计 (6) 4、仿真输出与分析 (7) 4.1仿真的输出 (7) 4.2仿真结果分析 (9) 5、总结 (10) 附录：MATLAB程序源代码 (11) （一）主动悬架车辆模型 (11) （二）被动悬架车辆模型 (12) （三）均方根函数 (13)

1、研究背景 汽车悬架系统由弹性元件、导向元件和减振器组成,是车身与车轴之间连接的所有组合体零件的总称,也是车架(或承载式车身)与车桥(或车轮)之间一切力传递装置的总称,其主要功能是使车轮与地面有很好的附着性,使车轮动载变化较小,以保证车辆有良好的安全性,缓和路面不平的冲击,使汽车行驶平顺,乘坐舒适,在车轮跳动时,使车轮定位参数变化较小,保证车辆具有良好的操纵稳定性。 (a)被动悬架系统(b)半主动悬架系统(c)主动悬架系统 图1 悬架系统 汽车的悬架种类从控制力学的角度大致可以分为被动悬架、半主动悬架、主动悬架3种（如图1所示）。目前,大部分汽车使用被动悬架,这种悬架在路面不平或汽车转弯时,都会受到冲击,从而引起变形,这时弹簧起到了减缓冲击的作用,同时弹簧释放能量时,产生振动。为了衰减这种振动,在悬架上采用了减振器,这种悬架作用是外力引起的,所以称为被动悬架。半主动悬架由可控的阻尼及弹性元件组成,悬架的参数在一定范围内可以任意调节。主动悬架是在控制环节中安装了能够产生上下移动力的装置,执行元件针对外力的作用产生一个力来主动控制车身的移动和车轮受到的载荷,即路面的反作用力。随着电控技术的发展，微处理器在车辆中的应用已经日趋普遍,再加上作动器、可调减振器和变刚度弹簧等重大技术的突破,使人们更加注对主动悬架系统的研究。 车辆悬架的特性可以从车身垂直加速度,悬架动行程以及轮胎动位移来研究。本文对主动悬架采用LQG最优设计策略,利用MATLAB/Simulink软件进行仿真,分别对被动悬架与主动悬架建立动力学模型,并对两种悬架的仿真结果做了详细的比较分析与说明。

基于Matlab的汽车运动控制系统设计

基于MATLAB的汽车制动系统设计 杨东 （昆明理工大学交通工程学院昆明650500） 摘要：本课题以汽车制动控制系统的设计为应用背景，利用MA TLAB语言并结合制动理论，开发能进行制动系匹配设计进行设计与仿真。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(超调量和上升时间)，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( )语句来绘制阶跃响应曲线，根据曲线中指标的变化进行PID校正。 关键词：PID 校正；制动系；匹配设计；稳态误差；最大超调量 1引言 随着国民经济的快速发展，道路条件得到不断改善，高速公路与日俱增，汽车速度普遍提高。近年来，由于国内汽车保有量的迅速增长（超过４０００万辆），交通事故频繁发生，汽车的安全性能受到普遍重视。汽车制动系统的结构和性能直接关系到车辆、人员的安全，是决定车辆安全性的主要因素。进行汽车运动性能研究时．一般从操纵性、稳定性和乘坐舒适性等待性着手。但近年来．随着交通系统的日趋复杂，考虑了道路环境在内的汽车运动性能开始受到关注。因此，汽车运动控制系统的研究也显得尤为重要。 在现代控制工程领域中，最为流行的计算机辅助设计与教学工具软件是MA TLAB语言。它是一种通用的科技计算、图形交互系统和控制系统仿真的程序语言。在可以实现数值分析、优化、统计、自动控制、信号及图像处理等若干领域的计算和图形显示功能[1]。非常适合现代控制理论的计算机辅助设计。MTALAB还提供了一系列的控制语句[2,3]，这些语句的语法和使用规则都类似FORTRAN、C等高级语言，但比高级语言更加简洁。它已经成为国际控制界最为流行的计算机辅助设计及教学工具软件，在科学与工程计算领域有着其它语言无与伦比的优势。 2 汽车制动系的匹配设计 2．1确定设计目标 2．1．1车辆类型及整车质量参数 首先要明确设计车辆的类型及相关的整车质量参数，这些内容由总布置给出。例如某车型定义为座位数为7个用于载客的车辆，根据法规GB／T 15089的规定，属于M1类车辆。 整车的质量参数如下： 空载质量(kg)一一1005 空载质心高度(mm)一一640 空载前轴载荷(kg)一一482 一满载质量(kg)一一1550 满载质心高度(mm)一一690 满载前轴载荷（kg)一一620

带电粒子在常梯度磁场中横向运动稳定性研究详解

带电粒子在常梯度磁场中横向运动稳定性研究 摘要 在导出常梯度磁场中带电粒子运动的微分方程的基础上，求出了微分方程的解。研究了带电粒子在常梯度磁场中运动的稳定性，确定了粒子作回旋运动的稳定条件。结果表明，粒子在作回旋运动的同时，在轴向和径向均作简谐振荡，可以保持粒子绕回转轨道运动。粒子的横向运动轨迹的形状取决于磁场的对数梯度n,而与粒子的初始状态无关。粒子的初始状态确定其横向运动的振幅。 【关键词】常梯度磁场；回旋运动；横向运动；稳定性条件

Study on the lateral stability of charged particles in a constant gradient magnetic field Abstract In constant gradient magnetic field is derived the basic differential equations for the motion of charged particles in the upper, the solution of the differential equation. The stability of charged particles in constant gradient magnetic field research, determine the particle stability conditions of cyclotron motion. The results show that, particles in the cyclotron motion at the same time, in the axial and radial directions were simple harmonic oscillation, can keep the particles around the rotary motion. Logarithmic gradient magnetic field n in lateral motion trajectory of particle shape depending, regardless of the initial state and the particle. The initial state of the amplitude of the transverse motion of particle is determined. [Key words] constant gradient magnetic field; lateral motion;stability condition

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％。

运动控制系统课程仿真课程设计

目录 一、课程设计系统概述 0 1.1课程设计项目参数 0 1.2课程设计要求： (1) 1.3课程设计设计任务 (1) 1.4.稳态分析及参数设计计算 (2) 1.4.1静态参数计算 (2) 1.4.2.动态参数计算 (3) 1.4.3稳定性分析 (4) 1.4.4系统校正 (4) 1.4.5.控制结构图 (4) 二、MATLAB仿真设计 (6) 三、总结 (10) 四、参考文献 (10) 一、课程设计系统概述 1.1课程设计项目参数 1)电动机：额定数据为PN =10kW，UN =220v，IN=52A，nN=1460r/min，电枢电阻RS=0.5

Ω,飞轮力矩GD2=10N.m2。 2)晶闸管装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压U2l=230v,触发整流环节的放大系数Ks=40。 3)V-M系统主电路总电阻R=1Ω。 4)测速发电机：永磁式，ZYS231/110型；额定数据为23.1w，110v，0.18A，1800r/min。 5)系统静动态指标：稳态无静差，调速指标D=10，s≤5% 6)电流截止负反馈环节：要求加入合适的电流截止负反馈环节，使电动机的最大电流限制（1.5-2）I N。（选座） 7)给定电压Un*=15V。 1.2课程设计要求： （1）根据题目要求，分析论证确定系统的组成，画出系统组成的原理框图； （2）对转速单闭环直流调速系统进行稳态分析及参数设计计算； （3）绘制系统的动态结构图； （4）动态稳定性判断，校正，选择转速调节器并进行设计； （5）绘制校正后系统的动态结构图； （6）应用MATLAB软件对转速单闭环直流调速系统进行仿真，验证所设计的调节器是否符合设计要求； （7）加入电流截止负反馈环节；（选做） （8）应用MATLAB软件对带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统进行仿真，完善系统； 1.3课程设计设计任务 （1）系统组成原理框图 根据设计要求，所设计的系统为单闭环直流调速系统，选定转速为反馈量，用变电压调节方式，实现对直流电机的无极调速。所以设计原理图如下：