基于simulink汽車速度控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真-資料下載頁
2025-06-18 17:36本頁面
【正文】 p為比例系數(shù)，；X`c為汽車期望速度；X`為汽車實際速度?！爸噶睢彬?qū)動力Fc與實際驅(qū)動力Fe的差別在于：前者是理論上需要的計算力，后者是受物理限制后實際能提供的力。圖中In1和In2分別是比例控制器模型的期望速度X`c與實際速度X`的輸入端口模塊，Out1是“指令”驅(qū)動力Fc的輸出端口模塊。根據(jù)上文分析結(jié)果，將比例控制器模型和行駛汽車模型進行適當?shù)倪B接。 P控制完整模型 Gain模塊的功能是實現(xiàn)可變的汽車期望速度。用鼠標左鍵雙擊Slider Gain模塊，將Low（下限）設(shè)置為0，High（上限）設(shè)置為100，滑鍵所在位置為增益值（圖中為60，即汽車期望速度）。同時，該模塊還需要“恒值”輸入信號Constant的激勵。為了方便觀察比較，速度量還被送到Display（數(shù)值顯示器）和Scope。在仿真過程中可以從數(shù)值顯示器上看到汽車的實際車速。先取比例系數(shù)Kp=10。仿真前先分別打開Slider Gain操作窗口和示波器窗口。在仿真過程中，若在Slider Gain操作窗口移動滑鍵，可以從模型窗口的Slider Gain模塊圖標上看到變化的期望車速。與此同時還可以看到，Display模塊所顯示的實際車速在控制作用下不斷翻動地向期望車速逼近。 仿真結(jié)果 Kp=10時車速仿真圖，Kp=，但調(diào)節(jié)時間超過了30ms，所以增大Kp，再取Kp=50按上述步驟仿真。 Kp=50時車速仿真圖 Kp=50時實際車速達到期望速度，穩(wěn)態(tài)誤差可忽略不計，調(diào)節(jié)時間在10ms左右，再增大Kp，取Kp=150。 Kp=150時車速仿真圖=150時，實際車速同樣達到期望速度，誤差可忽略，且調(diào)節(jié)時間小于10ms，繼續(xù)增大Kp。取Kp=。 Kp=180時車速仿真圖=180時系統(tǒng)不穩(wěn)定。經(jīng)過反復仿真驗證得知Kp取值在20到150之間較為合適。 PI控制完整模型由上文可知比例系數(shù)Kp范圍為20—150，所以取Kp=60，然后取積分系數(shù)Ti=。 PI控制仿真結(jié)果 Ti= =，調(diào)節(jié)時間在10ms左右，最大偏離量約為1左右，超調(diào)量約為2%，增大Ti，取Ti=1。 Ti==。調(diào)節(jié)時間大于10ms，超調(diào)量約為4%左右。繼續(xù)增大Ti，再取Ti=4,。=5車速仿真圖=4時調(diào)節(jié)時間超過20ms，%左右，超調(diào)過大。 PID控制完整模型 由上文討論結(jié)果可知比例系數(shù)Kp取60，然后微分系數(shù)取Td=10。 PID控制仿真結(jié)果 Td=10車速仿真圖，超調(diào)量為2%左右。增大Td，再取Td=50。 Td=50車速仿真圖=50時，超調(diào)量也變化不大約為2%。但調(diào)節(jié)時間超過了10ms。繼續(xù)增大Td，取Td=150。 Td=150車速仿真圖=150時系統(tǒng)不穩(wěn)定。經(jīng)過反復仿真驗證Td取值在10到100之間較為合適，在這里可取Td=30。綜上所述，三種控制方法在系數(shù)Kp、Ti、Td設(shè)置合適的情況下調(diào)節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差、超調(diào)量等指標都可以達到本次設(shè)計的要求。由于最基本、最簡便的控制方法比例控制已經(jīng)能夠達到設(shè)計要求，所以本次設(shè)計最終采用比例控制，比例系數(shù)取Kp=60。 總結(jié)本文基于目前國內(nèi)外對汽車速度系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，設(shè)計了帶有PID控制算法的汽車速度控制系統(tǒng)，并通過仿真具體分析了良好的控制效果，主要進行了一下幾個方面的工作：(1)在查閱并研究汽車速度控制的歷史及前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過數(shù)學分析計算得出了行駛汽車的模型參數(shù)。(2)設(shè)計了控制器部分，對目前廣泛應用于速度控制的PID控制理論以及比例控制理論進行了詳細的分析，并就PID參數(shù)的選取、整定等一系列問題進行了分析討論，通過實際的控制曲線，最終確定了控制器部分，且結(jié)構(gòu)簡單，使得在不同車速下的控制效果較優(yōu)。(3利用 SIMULINK對整個系統(tǒng)建立了仿真模型，對汽車速度控制系統(tǒng)PID控制進行了仿真研究，做出了設(shè)定車速下的實際車速曲線，并得到良好的控制效果。在實際應用中，有著很好的實用性。由于條件和時間的限制，本文還存在著一些不完善之處有待于繼續(xù)研究。例如，速度控制系統(tǒng)的控制作用在汽車所受外力干擾或偏差信號產(chǎn)生較大波動時，對控制將會有很大影響，仿真結(jié)果也將會不理想。實際上，如果在控制模塊中加入現(xiàn)在巡航系統(tǒng)中較熱門的自適應控制，將會融合PID控制與自適應控制的優(yōu)點，提高控制度，簡化控制算法，進一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這樣將會有更好的控制結(jié)果。 參考文獻[1][M]．北京：科學出版社，2002.[2][M]．北京：[3]于占東、[J].宇航學報2003，24（4）：368～373[4]Duane Mcruer and Dunstan Graham Flight Control Century；Triumphs of the SystemsApproach，JOURNAL OF GUIDANCE，AND DYNAMICS ，No。MarchApril 2004[5] 沈輝. 精通simulink系統(tǒng)仿真與控制[M]. 北京:北京大學出版社, 2003.[6] 徐寅生、 楊生超 、 汪立亮. 現(xiàn)代汽車電子巡航控制系統(tǒng)原理與檢修[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2000.[7] 李東江,宋良玉,1988. [8] 高建樹,王佳,2000,18 (3)[9] 周潔，[J]：汽車電器，2001，(1)：242–249.[10] [M].北京：人民交通出版社，2002.[11] [J]：公路與汽運，2005，(10)：8–10.[12] ID 控制及其應用[M].北京：北京機械工業(yè)出版社，2002.[13] 陶永華，尹怡欣，[M].北京：北京機械工業(yè)出版社，1998.致 謝本論文是在江老師的細心指導下完成的。感謝江老師在論文的選題、實驗方案的確定、實驗的進行以及最后的論文撰寫整個過程中給予我細心的指引和教導，使我最終能夠完成畢業(yè)論文。江老師淵博的知識、敏銳的學術(shù)思維、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、求實的科學態(tài)度和工作作風以及創(chuàng)新的工作精神，令我終身受益。在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機會向在這四年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師認真負責，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。29
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