【正文】 作在線調(diào)整的。特別是 1990 年MathWorks 公司為MATLAB 提供了新的控制系統(tǒng)模型輸入與仿真工具Simulink 。19 仿真語言簡介仿真語言采用目前國際流行的軟件包 MATLAB，它除了具有傳統(tǒng)的交互式編程之外，還提供了豐富可靠的矩陣運算、圖形繪制、數(shù)據(jù)處理、方便的Windows 編程等便利工具，廣泛地應用于自動控制、圖形信號處理、生物醫(yī)學工程、語言處理、雷達工程、信號分析、振動理論等領域，并表現(xiàn)出一般高級語言不可比擬的優(yōu)勢[48][49]。綜合算法的PID表達式為式(322)中式(324)、(325)中τ ——采樣周期綜上所述，如果PID調(diào)節(jié)采用增量式控制算法,能在控制系統(tǒng)中避免一般常規(guī) PID算法中存在的問題，然而就微分項而言，增量算法顯然不能滿足巡航控制的要求，而位置式算法又帶來計算復雜和抗干擾能力差的缺陷。但增量式算法的理想微分環(huán)節(jié)容易引進高頻干擾，導致調(diào)節(jié)性能不穩(wěn)。對應閥門實際位置的控制量，即控制量增量的積累需要采用一定的方法來解決，目前應用較多的是利用算式通過執(zhí)行軟件來完成。由(312) 可得式(314)為位置式PID 控制算法，圖35 為位置式PID 控制系統(tǒng)示意圖。為書寫方便，將e (kT)簡化表示成e(k)等，即省去T。3. 微分環(huán)節(jié) 能反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減小調(diào)節(jié)時間。其模擬表達式為或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式式(37)中K P——比例系數(shù)；TI——積分時間常數(shù)；TD——微分時間常數(shù)。在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID 控制。圖 31 坡路上行駛汽車受力圖Fig. 31 Bearing force of automobile on road slope根據(jù)牛頓第二定律，得到汽車的運動方程為式(31)中m——汽車質(zhì)量；θ——坡路與水平的夾角；Fe——引擎動力。通過對比電動式執(zhí)行器和真空式執(zhí)行器的特點，分析了采用電動式執(zhí)行器的原因。當車速在40km/h以下、100km/h以上時，巡航系統(tǒng)不工作。系統(tǒng)進行巡航控制時，若在平坦路面上車速為V 0時,按下設定開關(guān)進入巡航控制的自動行駛狀態(tài)，系統(tǒng)控制節(jié)氣門開度到O點時，一旦遇到爬坡時，則行駛阻力增加，如不進行調(diào)節(jié)控制，車速就會降到V1點，使行駛達到動態(tài)平衡，此時的巡航控制則按照控制線操作節(jié)氣門，使開度從O點變?yōu)锳點，相應的車速穩(wěn)定在VA點，重新取得動力平衡。汽車在平坦、上坡與下坡路面上行駛時的車速與節(jié)氣門開度的關(guān)系如圖29所示。圖 27 真空式巡航器的原理圖11Fig. 27 Principle of vacuum executor 巡航控制系統(tǒng)的工作原理圖28是一種典型的閉環(huán)汽車電子巡航控制系統(tǒng)原理方框圖。2. 當預定的減速度發(fā)生時，滑轉(zhuǎn)停車功能將使系統(tǒng)關(guān)閉。5. 電子控制系統(tǒng)能提供精確的控制，通過敲擊設定開關(guān)，能使系統(tǒng)以3km/h 的穩(wěn)定增量變化。3. 系統(tǒng)每秒鐘能調(diào)節(jié)節(jié)氣門8 次，使汽車速度維持在2km/h 的波動范圍內(nèi)。采用真空式執(zhí)行器的是機電式巡航控制系統(tǒng)，采用電動式執(zhí)行器的是電子式巡航控制系統(tǒng)。當汽車加速時，真空電磁閥和兩個空氣電磁閥的電磁線圈電路均通過ECU內(nèi)部搭鐵而構(gòu)成回路，真空電磁閥打開，與進氣歧管相通，而兩個空氣電磁閥則關(guān)閉，密封圓筒內(nèi)真空度增大，吸動膜片，克服彈簧力，通過拉索使節(jié)氣門開度增大，車輛加速行駛。真空式執(zhí)行器是利用發(fā)動機進氣歧管的真空度吸引膜片，通過節(jié)氣門拉索，使節(jié)氣門開度增大，并可保持固定位置不動。密封圓筒內(nèi)裝有膜片、膜片彈簧、兩個空氣電磁閥和一個真空電磁閥。在電動機與控制臂間裝有安全電磁離合器。9圖 25 電動式執(zhí)行器結(jié)構(gòu)圖Fig. 25 The structure of electromotor executor電動式執(zhí)行器主要由電動機、安全電磁離合器和位置傳感器組成。當汽車上其它系統(tǒng)已有控制用微機時，只需改動一下程序便可將此功能附加上去,因而可節(jié)省其控制硬件。采樣及保持電路的原理如圖 24 所示。由于線性放大器和積分放大器輸出的相位與其輸入相位相反，故由運算放大器4 求和反相后才能使控制信號回到正確的極性。6. 巡航控制 ECU 用于接收各種傳感器送來的信號，再經(jīng)計算、加工處理后，向執(zhí)行器發(fā)出指令，控制執(zhí)行器的動作。專門用于巡航控制系統(tǒng)的車速傳感器一般安裝在變速器的輸出軸上，這是因為實際車速與變速器輸出軸轉(zhuǎn)速成正比。2. 空檔啟動開關(guān) 用于向巡航控制 ECU 傳送空氣啟動開關(guān)接通信號(即變速器操縱桿處于空檔位置的信號)，以使汽車立即退出巡航控制狀態(tài)。該開關(guān)處于“設置/巡航”檔位時，只要按下按鈕開關(guān)不動，車輛就不斷加速。其結(jié)構(gòu)如圖21 所示。由于汽車、發(fā)動機及傳動系的非線性和汽車在行駛中受到的路面坡度、空氣阻力的外界干擾，需要尋找一種最佳控制方案，使汽車在行駛過程中受到外力干擾而車速變化時，控制系統(tǒng)能根據(jù)被控對象的變化特征在線及時的調(diào)整控制參數(shù)，使控制效果保持最佳。2. 汽車仿真模型的建立。才能設計出具有較高控制精度的應用系統(tǒng)。并且車速越大風阻也越大，巡航行駛時風阻便是一個不能忽略的因素，再如上發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩與節(jié)氣門的關(guān)系非常復雜，決定了巡航控制的實現(xiàn)是非常復雜的。車速的大小變化情況非常復雜。即雖然系統(tǒng)多用模塊控制，但造價十分昂貴；限速太高，一般系統(tǒng)都必須在40km/h 以上才起作用；檢修雖方便，但需較高的技術(shù)。而對汽車巡航控制系統(tǒng)研究的關(guān)鍵就是能夠找到一種合適的控制算法，使得控制效果盡可能理想。用于汽車巡航控制的模糊控制器輸入量一般可選擇設定車速和實際車速的偏差以及偏差的變化率。這一控制方法的缺點是：每一組特定的PID 參數(shù)都是對應于某一段范圍內(nèi)的特征車速，因此對于不斷變化的車速來說，其控制特性仍然不很理想。然而該機電式巡航控制裝置雖然結(jié)構(gòu)簡單，卻有控制精度不高，穩(wěn)定性不強等特點。目前，模擬汽車恒速控制器在我國已經(jīng)投入生產(chǎn)和使用。例如美國別克(BUICK)、凱迪拉克(CADILAC) 、協(xié)和(CONCORD)、紐約人(NEW YORKER)、克萊斯勒(CMC)等均裝用了巡航控制系統(tǒng)。此種巡航控制系統(tǒng)能夠很快地應用于公路上，同時能夠保持人工操縱和自適應巡航控制系統(tǒng)的共存。這種巡航控制系統(tǒng)主要由測速裝置、轉(zhuǎn)向角傳感器、車速傳感器、車速轉(zhuǎn)向傳感器、制動ECU、轉(zhuǎn)矩ECU 和發(fā)動機ECU 等組成。汽車巡航電子控制器采用先進的大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路技術(shù)做成專用模塊，也可在微機上編程實現(xiàn)。日本Hino(日野) 公司于1985 年投放市場一種基于燃油經(jīng)濟性的車速控制系統(tǒng)，其控制框圖如圖11 所示，其控制部分是基于數(shù)字式的微控制器[1]。第二階段是 70 年代中后期至80 年代中后期，以數(shù)字信號為主的控制系統(tǒng)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀從總體上來說，國外汽車巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展大體經(jīng)歷了三個階段：第一階段是 50 年代至70 年代中期，這一時期美國和日本相繼出現(xiàn)了以模擬電路為基礎的汽車巡航控制系統(tǒng)。此外，這一系統(tǒng)減輕了駕駛員的負擔，對保證行車安全十分有利。汽車巡航控制系統(tǒng)，簡稱 CCS，即“Cruise Control System”。 PID control。設計了基于 PIC 單片機的汽車巡航控制系統(tǒng) , 對設計過程作了必要說明。然而就微分項而言,增量式算法容易引進高頻干擾,導致調(diào)節(jié)性能不穩(wěn)，顯然，單純采用 PID 增量式算法或位置式算法都不能滿足巡航控制的要求。本文介紹的解決方案電路簡單、價格低廉，有很好的應用前景。汽車巡航控制系統(tǒng)（CCS ）的設計系 別:專 業(yè) 名 稱:學 生 姓 名:學 號:指導教師姓名、職稱：完成日期 200 年 4 月 30 日I汽車巡航控制系統(tǒng)(CCS)的設計摘 要隨著經(jīng)濟的穩(wěn)定增長和我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車消費迅速進入大眾化階段。若使該系統(tǒng)步入普通家用轎車家族，還存在著一些困難。位置式PID控制算法造成計算機運算工作量大，而且計算機的任何故障都會引起執(zhí)行機構(gòu)大幅度的變化。仿真結(jié)果表明：所采用的控制策略是可行的，能較好地模擬真實系統(tǒng)。關(guān)鍵詞 巡航控制； PID 控制；PIC 單片機；仿真研究IIDesign of Automotive Cruise Control SystemAbstractWith the steady increase of economy and rapid development of automobile industry in our country, vehicle consumption bees popular. security and fort of driving bees more and more important to people, Cruise Control just meets the demand. Many engineers have developed Cruise Control System,but the price is unaffordable to most people. The paper introduces a kind of scheme with simple circuit and low price which has a promising prospect of application.After analyzing the basic principle of CCS and defining input signals and output signals, a kind of closelooped control scheme is brought forward. The input is the error of the speed and the output is actual speed. Any faults of puter can cause great changes of executor and increase burden of puter by adopting positional PID. Differential part of incremental PID can hardly avoid high frequency interference which makes the system unstable. Obviously, using either positional PID or incremental PID can’t meet the demand. Therefore,positional PID controller and incremental PID method controller are integrated to solve the problem.The automobile Cruise Control System is studied by puter simulation with above controlling method. Simulation model of system is established and process of design is briefly explained. Results of simulation show that the controlling strategy is feasible and it would simulate the true system exactly.Cruise Control System based on PIC is designed. The practical circuit is explained. Several groups of speed and throttle angle are recorded. Results