基于Simulink的汽车ABS建模与仿真
第22卷第2期 黑 龙 江 工 程 学 院 学 报(自然科学版) Vo l.22l .2
2008年6月
Journal of H eilongjiang Institute of T echno logy
Jun.,2008基于Simulink 的汽车ABS 建模与仿真
安永东1
,杜嘉勇2
,罗 萌
3
(1.黑龙江工程学院汽车工程系,黑龙江哈尔滨150050;2.浙江省桐乡市科技服务中心,浙江桐乡314500;3.中国船舶重
工集团公司第七o 三研究所,黑龙江哈尔滨150000)
摘 要:在Simulink 的环境下对汽车ABS 进行数学建模,以PID 控制器作为控制模块,对所建立的汽车A BS 数学模型进行仿真研究,得出仿真曲线,验证汽车A BS 具有良好的制动性能和方向操纵性。关键词:A BS;建模;仿真;滑移率
中图分类号:U 463.52+6 文献标识码:A 文章编号:1671-4679(2008)02-0040-04
Modeling and emulation of the auto ant-i lock braking
system based on Simulink
AN Yong -dong 1,DU Jia -yong 2,LUO M eng
(1.Dept.o f Automo bile Engineering ,H eilongjiang Institute of T echnolo g y,H arbin 150050,China;2.T o ng x iang Science and T echnolog y Serv ice Centr e,T o ng x ing 314500,China;3.N o.703Institute of China Shipping Gr oup,Har bin 150050,China)
Abstract:This paper establishes the model of auto ant-i lock braking system w ith Simulink,em ulates the pro cedure of the ant-i lock braking system w ith the PID co ntro ller,and draw s a conclusion that anti-lock braking system has ex cellent braking performance and dir ection m anoeuver ability by contr asting em ulation curve.
Key words:ant-i lock braking sy stem ;mo deling ;emulation;slip -ratio 收稿日期:2008-01-04
基金项目:哈尔滨市科技局青年科学基金项目(6290)
作者简介:安永东(1972~),男,副教授,研究方向:车辆工程.
汽车防抱死制动系统(ABS)是一种主动安全装置。它从防止制动过程中车轮抱死的角度出发,避免车辆后轮侧滑和前轮丧失转向能力,提高车辆对
地面附着能力的利用率,从而达到改善车辆制动稳定性、操纵性和缩短制动距离等目的。本文在Sim -ulink 的环境下对汽车ABS 进行了建模和仿真,得出了仿真曲线,验证了汽车防抱死制动系统具有优良的方向操纵性和制动效能。
1 汽车防抱死制动系统的组成和工作
原理
汽车防抱死制动系统通常由传感器、电控单元(ECU)和执行器(压力调节器)3部分组成,并通过线路连接成一个有机体,形成一个以控制滑移率在15%~25%为目标的自动控制系统,如图1所示。
图1 汽车防抱死制动系统组成
汽车制动的理想目标是保持制动时车轮滑移率始终在15%~25%的范围,从而获得维持转向能力
和方向稳定性所需要的充分大的侧向力,并产生最大地面制动力。这一控制目标是通过制动力不断调节来实现的。
汽车防抱死制动系统正是在制动过程中不断地计算滑移率来控制制动力,从而保证实际滑移率始
终为理想滑移率,达到最佳的方向稳定性和制动效能。
通过传感器实时检测制动车轮的转速,根据车辆行驶的速度计算出车轮的滑移率,与设定的最佳滑移率相比,依据相比的结果调节制动力的大小,对车辆进行制动,获得理想的方向稳定性和制动效能。
2 汽车防抱死制动系统的建模
汽车防抱死制动系统的数学模型由车辆动力学模型、轮胎模型、制动系统模型和控制系统模型4部分组成。
2.1 车辆动力学模型
目前,常采用的车辆模型主要有一般车辆模型、四轮车辆模型、双轮车辆模型以及单轮车辆模型。本文选用的车轮动力学模型为单轮车辆模型,因为此模型主要描述的是制动性能,适合于汽车防抱死制动系统进行制动性能的分析,同时也可简化问题。车辆受力分析如图2所示。
由图2可得车辆动力学方程为车辆运动方程:M ?v =-F.
(1)
车轮运动方程:I ?X =FR -T b .
(2)车辆纵向摩擦力:F =L N.
(3)
式中:M 为1/4车辆的质量(kg ),v 为车辆行驶速度(m /s ),F 为纵向摩擦力(N ),I 为车轮的转动惯量(kg #m 2
),X 为车轮角速度(rad/s ),R 为车轮行驶半径(m ),T b 为制动器制动力矩(N #m ),L 为纵向附着系数,N 为地面支持力(N )
。
图2 车辆受力分析图
根据式(1)、(2)和(3)建立Simulink 仿真模型,输入为制动力和纵向附着系数,输出为车辆速度、车轮转速及制动距离,仿真模型如图3
所示。
图3 车辆动力学仿真模型
2.2 轮胎模型
轮胎模型是指制动过程中轮胎附着力和其它各种参数之间的函数关系式,通常用轮胎附着系数与各种参数的函数关系式来表示。本文采用魔术公式来描述轮胎模型。魔术公式是由Pacejka 等人提出并发展起来的,它是用三角函数的组合公式拟合试验轮胎数据,用一套形式相同的公式就可以完整地表达纵向力、横向力、回正力矩以及纵向力、横向力的联合作用等工况,故称为魔术公式。用魔术公式模型来模拟制动时车轮纵向附着系数和车轮滑移率
之间的关系为
L (S )=f +D sin {C arctan [BS -E(BS -ar ctan (BS ))]}.
(4)
式中:L 为纵向附着系数,f 为轮胎的静摩擦系数,D 为峰值因子,C 为曲线形状因子,B 为刚度因子,E 为曲线曲率因子,S 为滑移率。
f 相当于车轮在纯滚动时附着系数,一般情况下设为0,D 、C 、B 、E 都是与路面有关的常数,通过改变这些参数可模拟不同路面的附着系数,根据式(4)建立的轮胎仿真模型如图4所示。图5所示为
#
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干混凝土和湿沥青路面制动时轮胎与地面间的纵向
附着系数与滑移率关系的仿真曲线。
图4
轮胎仿真模型
图5 轮胎模型仿真曲线
从仿真曲线可以看出无论干混凝土路面或是湿沥青路面,最佳的纵向附着系数均处于滑移率为20%处,所以为了保证车轮在制动时获得最佳的纵向附着系数,滑移率应控制在20%左右。2.3 制动系统模型
制动系统包括传动机构和制动器两部分。制动系统的建模也应该包括传动机构建模和制动器建模两部分。本文中的传动机构建模主要是指液压传动系统的建模,液压传动系统建模主要是考虑制动力调节器的制动压力如何随电磁阀电流变化的关系,为简化系统,忽略了电磁阀弹簧的非线性因素及压力传送的延迟,将液压传动系统简化为一个电磁阀环节和一个积分环节。传递函数为
K
S (T #S +1)
.
(5)
电磁阀的响应时间一般小于或等于10ms,故惯性
环节的参数T 取0.01,同时K 取100。
制动器模型指制动器力矩与制动系气液压力之间的关系模型。为了便于对控制过程的仿真研究,在进行仿真时假设制动器为理想元件,认为其非线
性特性较弱并忽略了其滞后带来的影响。因此,制
动器方程为
T b =k p p.
(6)
式中:T b 为制动器制动力矩,k p 为制动器制动因数,
p 为液压传动系统输出压力。
根据式(5)和式(6)建立的制动系统的仿真模型如图6所示。
图6 制动系统仿真模型
2.4 滑移率的计算模型
汽车制动时,如果车轮线速度X R 低于汽车行驶速度v 时,轮胎和路面之间将产生滑移,此时滑移的程度常用滑移率表示,其计算公式为
S =v -X R v
@100%.
(7)
根据式(7)用Simulink 计算模块建立的滑移率
的仿真模型如图7所示。
图7 滑移率计算模型
2.5 控制器模型
PID 控制即比例积分微分控制,是连续系统中技术成熟、应用广泛的一种控制方式。其最大优点是可以不了解被控对象的数学模型,根据经验进行参数调整,并且实施容易,控制效果良好。本文的仿真分析选用的控制器为经典的PID 控制器,其仿真模型如图8所示。
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图8 PID 控制器模型
3 汽车A BS 制动过程的仿真
汽车ABS 的制动过程实际是制动力实时调节
的过程,即对滑移率进行控制反馈,来调节制动器的制动力,从而保证滑移率实时处于理想值。控制器将实际的滑移率与理想值进行比较,然后将差值输入到制动器模型中,制动力调节器输出相应的制动力给车轮,使其滑移率处于理想值,保证车辆获得最佳的制动性能和方向稳定性。防抱死制动系统的仿真模型如图9所示。以捷达轿车为例,取初始速度
25m/s(90km/h),1/4质量M =388kg ,车轮转动惯量I =0.87kg #m 2,车轮半径R =0.289m,在干混凝土路面进行仿真,得到的车辆速度、车轮转速、制动距离和滑移率的变化曲线如图10
所示。
图9
防抱死制动系统的仿真模型
4 结 论
从仿真曲线可以看出,汽车ABS 的制动距离35.96m,制动时间2.828s 。开始制动后0.176s 时滑移率处于最大值0.2344,随后进入调整阶段,经过0.587s 后,滑移率达到0.1999后稳定,并一直保持到制动结束,而制动车轮的线速度随车速的降低而均匀减慢,没有出现抱死现象,表示车轮具有良好的方向操纵性和制动效能。
参考文献
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社,2005.
[责任编辑:刘文霞]
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汽车ABS系统的建模与仿真设计
基于Matlab/Simulink的汽车建模与仿真 摘要 本文所研究的是基于Matlab/Simulink的汽车防抱死刹车系统（ABS）的仿真方法，本方法是利用了Simulink所提供的模块建立了整车的动力学模型，轮胎模型，制动系统的模型和滑移率的计算模型，采用的控制方法是PID控制器，对建立的ABS的数学模型进行了仿真研究，得到了仿真的曲线，将仿真曲线与与没有安装ABS系统的制动效果进行对比。根据建立的数学模型分析，得到ABS系统可靠，能达到预期的效果。 关键词 ABS 仿真建模防抱死系统PID
Modeling and Simulation of ABS System of Automobiles Based on Matlab/Simulink Abstract A method for building a Simulator of ABS base on Matlab/Simulink is presented in this paper.The single wheel vehicle model was adopted as a research object in the paper. Mathematical models for an entire car, a bilinear tire model, a hydraulic brake model and a slip ratio calculation model were established in the Matlab/Simulink environment. The PID controller was designed. The established ABS mathematical model was simulated and researched and the simulation curves were obtained. The simulation results were compared with the results without ABS. The results show that established models were reliable and could achieve desirable brake control effects. Key words ABS; control; modeling; simulation；Anti-lock Braking System; PID
武汉理工大学数学建模与仿真论文
武汉理工大学2014年数学建模课程论文题目：金属板的切割问题 姓名：李冬波 学院：自动化学院 专业：自动化 学号：012121136329 选课老师：何朗 2014年6月22日
摘要 金属板的切割问题要求对金属板的切割方式进行构思，希望通过数学可以达到效率较高、成本较低的可能性。应该先通过穷举的方法找到所有可能性，在所有可能性中保留最优的可能性。所谓最优即效率较高、成本较低的可能。 在确立了6种切割模式的基础上，再建立非线性规划的数学模型，以模式为基点，将题中订单需求转化为求解金属原料此目标函数的约束条件。在通过LINGO软件的数学规划模型求解功能求解出目标函数值，并通过检验证明，该模型求解出的最少原料使用量与具体切割模式是完全满足题目要求的。 关键词：切割模式、非线性规划、 LINGO
目录 一、问题重述 ------------------------------4 二、问题假设 ------------------------------4 三、模型建立----------------------------------------------5 符号说明------------------------------------------------5 建立模型------------------------------------------------5 四、模型求解----------------------------------------------6 五、求解结果---------------------------------------------7 六、结果检验分析---------------------------------------7 七丶结论-----------------------------------------------8 八、参考文献---------------------------------------------8
毕业论文----汽车防抱死制动系统的建模与仿真(含开题报告 中英文翻译)
分类号编号 毕业论文 题目汽车防抱制动系统的建模与仿真 ——模糊控制在ABS中的应用 学院机械学院 专业机械设计制造及其自动化
毕业设计任务书 设计题目：汽车防抱制动系统的建模与仿真 专业：机械设计制造及其自动化 班级学号： 姓名: 院、系：机械学院 2010年2 月26 日
一、毕业设计的目的 毕业设计是本科教育中培养学生的重要的实践性教学环节，也是最后一个教学环节。其目的： 1.培养学生综合运用基础理论知识、专业知识和技能，解决工程实际问题的能力； 2.培养学生运用机械设计手册、图册、国家标准规范和规程的能力； 3.培养学生学会机械设计的思想、方法和步骤，掌握计算方法、掌握计算机绘图及 编写工程设计文件等基本技能； 4.提高学生分析问题、解决问题和独立工作的能力。 二、主要设计内容 1.专业外文资料翻译； 2.毕业实习，实习报告； 3.开题报告； 4.汽车防抱制动系统的建模与仿真。 三、重点研究问题 1.汽车防抱制动系统的车辆仿真模型的建立； 2.采用的控制方法模型的建立； 四、主要技术指标和主要设计参数 1．收集资料确定一个自己的设计参数，在查阅资料后确定下来。 2．控制方法根据所查找文献自己确定。 五、设计成果要求 1.开题报告1份(要求3 000字左右、查阅文献10篇以上、文献综述引用5篇以上， 样表从教务处表格下载中下载)； 2.实习报告1份； 3.专业外文资料翻译1篇(不少于2 000汉字)； 4.毕业设计（论文）1份(设计说明书应在10000字以上，论文应在6000字以上， 包括封面、任务书、开题报告、中英文摘要、目录、正文、参考文献、附录)； 5.设计图纸一套（不少于A0图2张）； 6.所有内容电子文档一套； 7.毕业论文成果材料清单一份。
物流系统建模与仿真课程设计
课程设计物流系统建模与仿真 专业年级2011级物流工程指导教师张莹莹 小组成员 重庆大学自动化学院 物流工程系 2014年9 月12 日
课程设计指导教师评定成绩表 项目分 值 优秀 (100>x≥90) 良好 (90>x≥80) 中等 (80>x≥ 70) 及格 (70>x≥60) 不及格 (x<60) 评 分参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准 学习态度15 学习态度认 真，科学作风 严谨，严格保 证设计时间并 按任务书中规 定的进度开展 各项工作 学习态度比较 认真，科学作 风良好，能按 期圆满完成任 务书规定的任 务 学习态度 尚好，遵守 组织纪律， 基本保证 设计时间， 按期完成 各项工作 学习态度尚 可，能遵守组 织纪律，能按 期完成任务 学习马虎， 纪律涣散， 工作作风 不严谨,不 能保证设 计时间和 进度 技术水平 与实际能力25 设计合理、理 论分析与计算 正确，实验数 据准确，有很 强的实际动手 能力、经济分 析能力和计算 机应用能力， 文献查阅能力 强、引用合理、 调查调研非常 合理、可信 设计合理、理 论分析与计算 正确，实验数 据比较准确， 有较强的实际 动手能力、经 济分析能力和 计算机应用能 力，文献引用、 调查调研比较 合理、可信 设计合理， 理论分析 与计算基 本正确，实 验数据比 较准确，有 一定的实 际动手能 力，主要文 献引用、调 查调研比 较可信 设计基本合 理，理论分析 与计算无大 错，实验数据 无大错 设计不合 理，理论分 析与计算 有原则错 误，实验数 据不可靠， 实际动手 能力差，文 献引用、调 查调研有 较大的问 题 创新10 有重大改进或 独特见解，有 一定实用价值 有较大改进或 新颖的见解， 实用性尚可 有一定改 进或新的 见解 有一定见解观念陈旧 论文(计算 书、图纸)撰写质量50 结构严谨，逻 辑性强，层次 清晰，语言准 确，文字流畅， 完全符合规范 化要求，书写 工整或用计算 机打印成文； 图纸非常工 整、清晰 结构合理，符 合逻辑，文章 层次分明，语 言准确，文字 流畅，符合规 范化要求，书 写工整或用计 算机打印成 文；图纸工整、 清晰 结构合理， 层次较为 分明，文理 通顺，基本 达到规范 化要求，书 写比较工 整；图纸比 较工整、清 晰 结构基本合 理，逻辑基本 清楚，文字尚 通顺，勉强达 到规范化要 求；图纸比较 工整 内容空泛， 结构混乱， 文字表达 不清，错别 字较多，达 不到规范 化要求；图 纸不工整 或不清晰 指导教师评定成绩：
基于MATLAB的汽车平顺性的建模与仿真
（1） 基于MATLAB 的汽车平顺性的建模与仿真 车辆工程专硕1601 Z1604050 晨 1. 数学建模过程 1.1建立系统微分方程 如下图所示，为车身与车轮二自由度振动系统模型： 图中，m2为悬挂质量（车身质量）；m1为非悬挂质量（车轮质量）；K 为弹簧刚度；C 为减振器阻尼系数；Kt 为轮胎刚度；z1为车轮垂直位移；z2为车身垂直位移；q 为路面不平度。 车轮与车身垂直位移坐标为z1、z2，坐标原点选在各自的平衡位置，其运动方程为： 222121 ()()0m z C z z K z z +-+-=1112121()()()0t m z C z z K z z K z q +-+-+-=
（2） （3） （4） （5） （6） 1.2双质量系统的传递特性 先求双质量系统的频率响应函数，将有关各复振幅代入，得： 令： 232t A m j C K K ωω=-+++ 由式（2）得z 2-z 1的频率响应函数： 将式（4）代入式（3）得z 1-q 的频率响应函数： 式中： 下面综合分析车身与车轮双质量系统的传递特性。车身位移z 2对路面位移q 的频率响应函数，由式（4）及（5）两个环节的频率响应函数相乘得到： 2221()() z m j C K z j C K ωωω-++=+2111()()t t z m j C K K z j C K qK ωωω-+++=++1A j C K ω=+K C j m A ++-=ωω222212 122 z A j C K z m K j C A ωωω+==-++2321 N A A A =-212211=t t A K A K z z z A q z q A N N ==
汽车建模与仿真论文
基于Simulink的汽车ABS建模与仿真分析 摘要：汽车防抱死系统(ABS)是一种在制动时能够自动调节车轮制动力，防止车轮抱死以取得最佳制动效果的制动系统。该系统能够有效的缩短制动距离、提高制动时的方向稳定性，对汽车的行驶安全具有重要的意义。本文介绍了ABS的工作原 理，分析了ABS的系统模型，基于Matlab/Simulink环境, 建立了一个车辆制动防抱系统仿真模型，并对仿真结果进行了分析。关键词：制动；防抱死系统；建模仿真 Abstract:Anti-lock braking system(ABS) is a kind of device，which can regulate the wheel’s braking force automatically，prevent the wheels from locking and acquire the best effect during braking.This device is significant to steering safety. This paper introduced the principle of operation of ABS,analysed the system model of ABS,established a simulation model of vehicle ABS on Matlab/Simulink and had an analysis about the results. Key words:braking;ABS;modeling and simulation 前言 汽车是当今世界最主要的交通工具之一，而汽车运输的安全性、经济性和舒适性是人们所关注的焦点。汽车的制动性能是表征汽车行驶安全性的一个主要指标，重大的交通事故往往与制动距离过长和紧急制动时发生侧滑等情况有关，随着汽车拥有量和汽车平均行驶速度的不断提高，交通事故给人们带来的危害日益严重，研究和改善汽车的制动性能成为汽车设计与开发部门的重要课题。在汽车制动过程中，ABS会自动调节车轮轮缸的制动压力，把车轮滑移率控制在一定范围内，防止车轮产生抱死，达到提高汽车制动过程中的操纵稳定性、并缩短制动距离的目的。 开发汽车的ABS需要通过大量的实车试验来确定汽车ABS系统的结构与工作参数，也可以通过对汽车ABS系统的仿真研究初步确定ABS系统的参数，再确定实际汽车ABS系统的结构。通过少量的试验验证发现，后一种方法需要付出小的代价，研究开发周期短，是一般AB S系统研究经常采用的方法 1工作原理 ABS的基本控制是通过传感器监测制动过程中车辆的制动状态，有电子控制单元对个车轮轮速、参考车速、加减速度及滑移率等重要参数进行计算、分析、比较，根据这些参数对制动压力发出增压、保压或减压的控制指令，驱动调节器调节制动压力来控制汽车制动过程中的车轮运动状态，使车轮保持在最佳制动状态，获得最佳制动效果。 滑移率的定义：s=1-wR/v 式中：s—滑移率，%；v—车身速度，m/s；w—车轮速度，rad/s；R—车轮半径，m 。s=0时，车轮处于纯滚动状态;O 物流系统建模与仿真 实验报告 实验一基于电子表格的需求预测方法实验二基于Flexsim的排队系统模拟 专业: 班级： 姓名: 学号： 指导老师： 成绩： 2013--2014 学年第二学期 实验一基于电子表格的需求预测方法 一、实验简介 基于运筹学的物流需求预测与物流网点设施规划是物流系统建模的基础内容之一。在线性回归模型以及时间序列预测模型的求解过程中，Excel电子表格是有效的计算机仿真工具。属于验证性实验。 二、实验目的 1、掌握在Excel中建立指数平滑预测模型的方法； 2、掌握用Excel求解一元线性回归模型的方法（添加线性趋势线、回归分析报告）。 三、实验内容 1、“美食佳”公司半成品年销售量预测 “美食佳”餐饮连锁有限公司成立于1985年，20多年来经营稳定，创出了品牌。作为餐饮连锁企业，“美食佳”在抓好店内消费服务的同时，针对春节、“五一”、“十一”等几个大的节假日，推出了“美食佳”特色半成品的对外销售。表1显示了从1987年到2006年共20年间，每年“美食佳”特色半成品的销售量情况： 表1 要求： ①在平滑常数为0.25的情况下，用指数平滑法预测公司该产品在2007年的销售量。 ②寻找进行指数平滑预测时的最优平滑常数。 2、“家家有房”公司建筑许可证一元线性回归分析 “家家有房”开发公司准备开发房产，但是要想开发房产必须先拿到建筑许可证，现经过调查研究发现：建筑许可证数量主要与该地区人口的密度有关，如下表2所示： 表2 要求：建立一个能反映许可证颁发数量与人口密度之间的关系的回归模型，并预测当人口密度为7000时许可证的颁发数量。 四、实验步骤及结果 第一个小实验步骤及结果 1.打开excel 2013，把基本数据录入表格框内。 2.用平滑指数法计算当平滑常数为0.25时，2007年的销售数量。 利用“数据分析”工具中的指数平滑功能进行预测。“工具”--- “加载宏”，“加载宏”---“分析工具库”，然后单击“确定”按钮，将会在“工具”菜单下出现“数据分析”选项。“工具”--- “数据分析”，在出现的“数据分析”----“指数平滑”，如图： U G四驱车模型毕业设计 论文 Newly compiled on November 23, 2020 毕业设计说明书题目：四轮驱动赛车 目录 2—1 电动机. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2—2 开关. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .13 2—3 电机套. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .14 3—1 电池. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3—2 车身的基本套装. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .20 3—3 车壳的实体形成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .21 摘要 本毕业设计的主要目的是为了开拓广大的玩具市场和满足爱车一族的珍藏喜好。 本毕业设计主要内容是设计按真四驱车缩小32倍对四驱车进行仿真设计造型，因考虑成本且实现运动和仿真，本设计简化了其结构而设计的四轮驱动模型车。本设计的材料选用塑料，以便减轻车子的负载和降低成本。把原本的动力源发动机改为电机驱动，通过简单的齿轮传动，改变运动方向和速度，使得轮轴的旋转，从而带动车轮的旋转，让车子运动起来，以达对真四驱车的运动仿真。本设计除了对玩具四驱车造型设计和运动，传动设计外，还熟练的应用UG软件对玩具四驱车进行了零部件的实体建模和装配。 实验项目名称：控制系统模型的建立与仿真 实验学时： 4 同组学生姓名： 实验地点： 实验日期： 2018.4 实验成绩： 批改教师： 批改时间： 一、实验目的和要求 1. 熟悉MATLAB 控制系统工具箱中线性控制系统传递函数模型的相关函数； 2.熟悉SIMULINK 模块库，能够使用SIMULINK 进行控制系统模型的建立及仿真。 二、实验仪器和设备 1、PC 机1台并安装MATLAB7.0以上版本。 三、实验过程 1. 熟悉线性控制系统传递函数模型的相关函数。 （1）tf ( )函数可用来输入系统的传递函数 该函数的调用格式为 G = tf ( num, den ); 其中num, den 分别为系统传递函数的分子和分母多项式系数向量。返回的G 为系统的传递函数形式。 但如果分子或分母多项式给出的不是完全的展开的形式，而是若干个因式的 乘积，则事先需要将其变换为完全展开的形式，两个多项式的乘积在MATLAB 下借 用卷积求取函数conv( )得出，其调用格式为： p=conv(p1,p2) MATLAB 还支持一种特殊的传递函数的输入格式，在这样的输入方式下，应该 先用s=tf(’s ’)定义传递函数算子，然后用数学表达式直接输入系统的传递函 数。 请自己通过下面两个例子来演示和掌握tf ()和s=tf(’s ’)算子这两种输 入方式。 例1 设系统传递函数 134223523423+++++++=s s s s s s s G 输入方式一：num = [1, 5, 3, 2]; den = [1, 2, 4, 3, 1]; %分子多项 式和分母多项式 G = tf ( num, den ) %这样就获得系统的数学模型G 输入方式二：s=tf(’s ’); G=( s^3 + 5* s^2 + 3* s + 2)/( s^4 + 2*s^3 + 4* s^2 + 3* s + 1) 任务一：将下列传递函数分别采用上面两种输入方式进行输入，并截图记录。 ① 432534++++=s s s s G 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。 系统建模与仿真 开课对象：工业工程开课学期：6 学分：2学分；总学时：48学时；理论课学时：40学时； 实验学时：0 学时；上机学时：8学时 先修课程：概率论与数理统计 教材：系统建模与发展，齐欢，王小平编著，清华大学出版社，2004.7 参考书： 【1】离散事件系统建模与仿真，顾启泰，清华大学出版社 【2】现代系统建模与仿真技术，刘兴堂，西北工业大学出版社 【3】离散事件系统建模与仿真，王维平，国防科技大学出版社 【4】系统仿真导论，肖田元，清华大学出版社 【5】建模与仿真，王卫红，科学出版社 【6】仿真建模与分析(Simulaton Modeling and Analysis)(3rd eds.)，Averill M. Law, W.David Kelton，清华大学出版社/McGraw-Hill 一、课程的性质、目的和任务 建模与仿真是当代现代科学技术的主要内容，其技术已渗透到各学科和工程技术领域。本课程以一般系统理论为基础，让学生掌握适用于任何领域的建模与仿真的一般理论框架和基本方法。 本课程的目的和任务是使学生： 1．掌握建模基本理论； 2．掌握仿真的基本方法； 3．掌握一种仿真语言及仿真软件； 4．能够运用建模与仿真方法分析、解决工业工程领域的各种常见问题。 二、课程的基本要求 1．了解建模与仿真的作用和发展，理解组成要素。 2．掌握建模的几种基本方法，及模型简化的技术手段。 3．掌握建模的一般系统理论，认识随机数的产生的原因及统计控制方式。 4．能对离散事件进行仿真，并能分析运行结果。 三、课程的基本内容及学时分配 第一章绪论（3学时） 1．系统、模型、仿真的基本概念 实验设计（论文）报告 课题名称：单一生产线建模与仿真 学校： 系别： 班级： 姓名： 学号： 日期： 2011年 4 月 16 日 摘要：针对传统数值方法难以求解复杂排队系统模型的问题,采用新一代面向对象的Simio仿真软件进行建模和仿真分析。采用Simio 软件构建序列表和运输器的仿真模型,认识关于SOURCE,SERVER,SINK 等对象的更多建模知识，对基于部件类型的处理时间及单个发生器和多种处理类型进行设定，然后对模型进行统计分析,并对系统的方案进行思考和改进。分析结果表明,利用Simio软件可方便地对各领域的模型及其相关问题进行建模仿真,具有较大的应用潜力。 关键词：实体序列表；运输器；处理时间；发生器 目录 一.序言 1.1 Simio系统仿真背景 1.2 系统建模与仿真现状分析 1.3 本课题的研究意义 二.Simio系统仿真的模型 2.1 模型的选择 2.2 建立模型 2.2.1系统模型 2.2.2建立模型的步骤 三.仿真的运行与调整 3.1 仿真的运行 3.2 仿真的调整 3.2.1 能力选择调整 3.2.2 参数选择的调整 四.结论分析 五.建议 一、序言 1.1背景 Simio是由一个极富行业经验的团队所创造的。本软件的缔造者C. Dennis Pegden博士拥有30年以上的仿真经验，是公认的行业领军人物。当前在仿真软件市场份额上领先的SLAM和Arena就是在他的领导下研发的。团队的其他成员的背后同样也闪耀着一连串仿真行业突破性进展的光芒。正是这样一个团队，现在聚集到一起，集中他们的全部智慧以及总计超过100年的仿真经验为你创造出了下一代的仿真工具，也许是最好的仿真工具Simio。 作为仿真工具的革命性进展，Simio完全是从零开始开发的。它采用了继“面向事件”和“面向过程”之后的“面向对象”的建模方法，并支持这三种建模方法的无缝衔接。Simio还同时支持离散和连续系统建模，以及基于“智能主体”(Agent-Based)的大规模应用。这些不同的建模范式可以在同一个模型中自由地揉合。 1.2 Simio系统建模与仿真现状分析 当前，仿真技术已经成为分析、研究各种复杂系统的重要工具，它广泛应用于工程领域和非工程领域。仿真可定义为：在全部时间内，通过对系统的动态模型性能的观测来求解问题的技术。对复杂物流系统进行仿真，起目的是通过仿真了解物料运输、存储动态过程的各种统计、动态性能。但由于现代生产物流系统具有突出的离散性、随机性的特点，因此人们希望通过对生产物流系统的计算机辅助设计及仿真 基于MATLAB 的汽车平顺性的建模与仿真 车辆工程专硕1601 Z1604050 李晨 1. 数学建模过程 1.1建立系统微分方程 如下图所示，为车身与车轮二自由度振动系统模型： 图中，m2为悬挂质量（车身质量）；m1为非悬挂质量（车轮质量）；K 为弹簧刚度；C 为减振器阻尼系数；Kt 为轮胎刚度；z1为车轮垂直位移；z2为车身垂直位移；q 为路面不平度。 车轮与车身垂直位移坐标为z1、z2，坐标原点选在各自的平衡位置，其运动方程为： 222121()()0m z C z z K z z +-+-=1112121()()()0 t m z C z z K z z K z q +-+-+-= （5） 1.2双质量系统的传递特性 先求双质量系统的频率响应函数，将有关各复振幅代入，得： 令： 232t A m j C K K ωω=-+++ 由式（2）得z 2-z 1的频率响应函数： 将式（4）代入式（3）得z 1-q 的频率响应函数： 式中： 下面综合分析车身与车轮双质量系统的传递特性。车身位移z 2对 路面位移q 的频率响应函数，由式（4）及（5）两个环节的频率响应函数相乘得到： 2221()() z m j C K z j C K ωωω-++=+2111()()t t z m j C K K z j C K qK ωωω-+++=++1A j C K ω=+K C j m A ++-=ωω222212 122 z A j C K z m K j C A ωωω+==-++2 321N A A A =-21221112=t t A K A K z z z A q z q A N N == 基于DELMIA的汽车装配线建模与仿真 作者：容芷君周燕学刘悦 摘要：汽车装配线直接决定了汽车生产的效率，因此，对汽车装配线进行建模与仿真，优化装配流程十分必要。基于DELMIA的DPM(Digital Process for Manufacturing)模块，对汽车装配线的装配序列规划、装配干涉以及装配路径规划进行研究，按规划的工艺流程对总装线进行模拟仿真，分析装配线的平衡率，通过仿真结果验证该装配线的可达性、可行性以及装配线的人因工效性。文中研究工作对优化及改善汽车装配过程，缩短工艺规划时间，实现汽车装配线的流水化具有一定指导意义和应用价值。 1 装配生产线建模与仿真 汽车装配线将人和机器有效结合起来，实现汽车零部件的自动装配，在汽车生产中扮演着重要的角色。汽车装配线直接决定了汽车的生产效率。随着汽车工业和零部件工业的发展，汽车装配线技术水平也有了较大的提高，围绕汽车装配线的研究一直是汽车工业发展的一个重要内容。装配生产线的建模与仿真能把生产资源、产品工艺数据、装备等信息动态地结合起来，通过系统活动过程来模拟装配过程，从而分析和预测装配线的效能。虚拟装配系统是装配系统向多维信息化空间的一种映射，主要包括基本模型构建、装配序列规划、路径规划、干涉检查和装配仿真等关键技术。建立虚拟装配系统的目的是：在计算机上利用已有的虚拟装配环境，在该装配环境下能够把用户指令和各种信息及时输入到系统中，也能把虚拟环境中的序列和路径规划结果、干涉检测结果、装配仿真结果等传输给用户，实现产品的最终装配。当前有许多数字化仿真软件能有效地帮助人们实现对生产装配线的建模仿真，如DELMIA，eM-Power，ProModel，Flexsim等。其中DELMIA解决方案涵盖汽车领域的发动机、总装和白车身，航空领域的机身装配、维修维护，以及一般制造业的制造工艺。使用户利用数字实体模型完成产品生产制造工艺的全面设计和校验。DELMIA 数字制造解决方案建立于一个开放式结构的产品、工艺与资源组合模型(PPR)上，此模型使得在整个研发过程中可以持续不断地进行产品的工艺生成和验证。通过3D协同工作，PPR 能够有效地支持设计变更，让参与制造设计的多人中的每个人能随时随地掌握目前的产品（生产什么）、工艺与资源（如何生产）。基于PPR集成中枢的所有产品紧密无缝地集成在一起，涵盖了各种工艺的各个方面，使基于制造的专业知识能被提取出来，并让最佳的产业经验得以重复利用。 说明：部分操作因版本不同存在差异 1. 静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真 平板电容器模型描述： 上下两极板尺寸：25mm×25mm×2mm，材料：pec（理想导体） 介质尺寸：25mm×25mm×1mm，材料：mica（云母介质） 激励：电压源，上极板电压：5V，下极板电压：0V。 要求计算该电容器的电容值 1.建模（Model） Project > Insert Maxwell 3D Design File>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”） 选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic（静电的） 创建下极板六面体 Draw > Box（创建下极板六面体） 下极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 0） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2） 将六面体重命名为DownPlate Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor） 创建上极板六面体 Draw > Box（创建下极板六面体） 上极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 3） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2） 将六面体重命名为UpPlate Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor） 创建中间的介质六面体 Draw > Box（创建下极板六面体） 介质板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 2） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 1） 将六面体重命名为medium Assign Material > mica（设置材料为云母mica，也可以根据实际情况设置新材料）创建计算区域（Region） Padding Percentage：0% 忽略电场的边缘效应（fringing effect） 电容器中电场分布的边缘效应 2012-2013学年系统建模与仿真大作业（论文）要求 1、期末大作业按分组方式进行，每组4-6人，自行组合。 2、要求学生自行选题，选题符合系统建模与仿真应用的领域，必须是现实的系 统，现实中存在一定的问题，可以进行数据的采集、系统分析等。需要撰写报告，做PPT进行开题答辩。开题报告包括：题目、小组成员组成及分工、选题的目的及意义、国内外研究情况、研究的内容和方法、技术路线和预期结果、进度计划、所需条件及落实情况。 3、论文内容覆盖模拟系统的问题定义和目标、建模与模拟、模拟分析和分析报 告等几部分。 4、论文规范格式要求：论文由封面、中文摘要、关键词、正文、参考文献几个 部分组成。 1）封面格式 (1).标题：长度≤20字，1号楷体 (2).专业姓名等：项目名称“3号楷体”，所填内容中文用“3号楷体”，2）摘要格式 (1).置于目录页之前 (2).摘要字数≤200字， (3).摘要正文为“小4号宋体”，35字/行，32行/页 (4).中文摘要要有中文论文标题，上下各空一行，加在“摘要”之前， 字体与“摘要”一样均为“3号黑体” (5).中文摘要中，关键词为3~5个，另起一行；“关键词”应为黑体， 关键词之间分隔符应为全角“；” 3）目录 （1）标题为“3号黑体”，上下各空一行； （2）“前言、摘要”为“小4号黑体”，“Abstarct”为“小4号Times New Roman”； （3）每章标题为“4号黑体”，每节标题为“4号宋体”且缩进； （4）目录需带“致谢、参考文献、附录”等项目 4）正文格式 (1).一级标题为“3号黑体”，上下各空一行 (2).二级标题为“小3号黑体”，前后空12磅 汽车A B S系统的建模与 仿真 The pony was revised in January 2021 基于Matlab/Simulink的汽车建模与仿真 摘要 本文所研究的是基于Matlab/Simulink的汽车防抱死刹车系统（ABS）的仿真方法，本 方法是利用了Simulink所提供的模块建立了整车的动力学模型，轮胎模型，制动系统的 模型和滑移率的计算模型，采用的控制方法是PID控制器，对建立的ABS的数学模型进行了仿真研究，得到了仿真的曲线，将仿真曲线与与没有安装ABS系统的制动效果进行对比。根据建立的数学模型分析，得到ABS系统可靠，能达到预期的效果。 关键词 ABS 仿真建模防抱死系统 PID Modeling and Simulation of ABS System of Automobiles Based on Matlab/Simulink Abstract A method for building a Simulator of ABS base on Matlab/Simulink is presented in this paper.The single wheel vehicle model was adopted as a research object in the paper. Mathematical models for an entire car, a bilinear tire model, a hydraulic brake model and a slip ratio calculation model were established in the Matlab/Simulink environment. The PID controller was designed. The established ABS mathematical model was simulated and researched and the simulation curves were obtained. The simulation results Adams 实例建模仿真 目录 Adams课程论文 (1) 第一章模型的建立 (2) 1、模型的介绍 (2) 2、启动ADAMS (2) 3、栅格设置 (3) 4、创建齿轮 (3) 5、创建连杆 (5) 6、创建滑块 (6) 第二章创建转动副，移动副，齿轮副，驱动力，仿真 (7) 1、创建转动副 (7) 2、创建移动副 (8) 3、创建齿轮副 (9) 4、创建驱动力 (10) 5、仿真 (11) 第三章计算结果后处理 (12) 1、滑块的速度曲线 (12) 2、滑块位移曲线 (12) 3、滑块加速度曲线 (13) 4、齿轮1与齿轮2转角曲线 (13) 5、连杆曲线图 (14) 6、录制动画并导出 (15) 第四章总结 (17) 第一章模型的建立 1、模型的介绍 如图一所示，该模型由齿数z为200，模数m为4，半径400mm的齿轮1，齿数z为100，模数m为4，半径200mm的齿轮2，以及连杆和滑块组成。该模型的运动形式为齿轮1为驱动轮，带动齿轮2转动，齿轮2于连杆偏心连接，带动连杆推动滑块直线反复运动。实质上是将齿轮的转动转化为滑块的平动。 图1-1 模型简图 2、启动ADAMS 2.1 在桌面点击ADAMS快捷键Adams - View x64 2013，或者Windows开始菜单启动：“开始”—“所有程序”—“MSC.Software”—“Adams x64 2013”—“A View”—“Adams-View”。 2.2 启动后出现Welcome欢迎窗口，如图1-1所示，点击New Model，出现Create New Model，Model Name为adams，Gravity为Earth Normal，Units为MMKS。 2.3 单击OK，进入ADAMS。 小车建模和控制仿真 建模就是要建立系统输入和输出之间的关系，主要方法有： （1）物理建模法（白盒法）：根据物理原理建立输入和输出模型； （2）基于输入输出数据（黑盒法）：通过实验测量大量输入和输出之间的关系，采用曲线拟合近似输入和输出的函数关系。 （3）混合法。两者皆有，我们采用混合法。 一、路径跟踪 1、系统结构图 V1 图1 小车控制仿真结构图 2、主控制器：计算左右车轮的理论转数。 假设任意时刻传感器返回小车轴线与路径之间的夹角α，如图2所示： 图2，小车与路径之间偏角示意图。 理想情况下，小车跟踪路径，小车轴线与路径之间夹角α应为0。 存在夹角则应转向，可通过控制左右轮的速度差或旋转方向来实现： （1）两轮的转动方向相同时：如v r>v l，左转；v r 小车转向过程中，四个车轮绕一个瞬态圆心点做的圆周运动，当小车轴线与路径之间的夹角α时，取车轮偏转角为θ=-α，如图，根据几何关系，可得： tan R L α= （1） 假定小车在转向过程中，小车整体行驶速度为V ，内侧与外侧轮行驶线速度分别为in v 、out v ，则有： 2R v T π=? （2） ()22in R W v T π-=? （3） ()22out R W v T π+=? （4） 将（1）和（2）代入（3）和（4），可得小车内侧和外侧轮速度分别： (1tan )in w v v L α=- （5） (1tan )out w v v L α=+ （6） 内外侧轮电机理想转速分别为： ())22in in out out n v r n v r ππ=???=?? （7） 其中：r 为车轮半径。需要注意的是，此处r ,v 单位为米秒s ，因此得到的转速为转/秒。 3、PID 控制器 采用PID 控制器对电机的转速进行控制： ()p i d out in k k s k s =++ （ 1） 基于MATLAB 的汽车平顺性的建模与仿真 车辆工程专硕1601 Z1604050 李晨 1. 数学建模过程 1.1建立系统微分方程 如下图所示，为车身与车轮二自由度振动系统模型： 图中，m2为悬挂质量（车身质量）；m1为非悬挂质量（车轮质量）；K 为弹簧刚度；C 为减振器阻尼系数；Kt 为轮胎刚度；z1为车轮垂直位移；z2为车身垂直位移；q 为路面不平度。 车轮与车身垂直位移坐标为z1、z2，坐标原点选在各自的平衡位置，其运动方程为： 222121()()0m z C z z K z z +-+-=&&&&1112121()()()0 t m z C z z K z z K z q +-+-+-=&&&& （2） （3） （4） （5） （6） 1.2双质量系统的传递特性 先求双质量系统的频率响应函数，将有关各复振幅代入，得： 令： 232t A m j C K K ωω=-+++ 由式（2）得z 2-z 1的频率响应函数： 将式（4）代入式（3）得z 1-q 的频率响应函数： 式中： 下面综合分析车身与车轮双质量系统的传递特性。车身位移z 2对 路面位移q 的频率响应函数，由式（4）及（5）两个环节的频率响应函数相乘得到： 2221()() z m j C K z j C K ωωω-++=+2111()()t t z m j C K K z j C K qK ωωω-+++=++1A j C K ω=+K C j m A ++-=ωω222212 122 z A j C K z m K j C A ωωω+==-++2 321N A A A =-21221112=t t A K A K z z z A q z q A N N ==物流系统建模与仿真课程实验论文
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