對汽車控制系統(tǒng)建模與仿真

對汽車控制系統(tǒng)建模與仿真摘要：PID控制是生產(chǎn)過程中廣泛使用的一種最基本的控制方法，本文分別采用用簡單的比例控制法和用PID控制來控制車速，并用MATLAB對系統(tǒng)進(jìn)行了動態(tài)仿真，具有一定的通用性和實(shí)用性。關(guān)鍵詞：MATLAB仿真；比例控制；PID控制MATLAB和PID概述MATLAB是matrix和laboratory兩個(gè)詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實(shí)驗(yàn)室）。是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制,實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。車輛行駛過程車速的數(shù)學(xué)模型對行駛在斜坡上的汽車的車速進(jìn)行動態(tài)研究，可以分析車輛的性能，指導(dǎo)車輛的設(shè)計(jì)。MATLAB軟件下的SIMULILNK模塊是功能強(qiáng)大的系統(tǒng)建模和動態(tài)仿真的軟件，為車輛行駛過程車速控制分析提供了一種有效的手段。汽車行駛?cè)鐖D7.4.1所示的斜坡上，通過受力分析可知在平行于斜面的方向上有三個(gè)力作用于汽車上：發(fā)動機(jī)的力、空氣阻力和重力沿斜面的分量下滑力。M°x=Fe-Fw-Fh其中M代表汽車的質(zhì)量，x為汽車的位移。假設(shè)一2000<F<1000，汽車的質(zhì)量為1000Kge在實(shí)際系統(tǒng)中總會有上界和下界，上屆為發(fā)動機(jī)的最大推力，下界為剎車時(shí)最大制動力?？諝庾枇梢越茷椋篎w=0.001(x+20sin(0.011t))2汽車下滑力為:TOC\o"1-5"\h\zFh=30sin(0.0001x)。由比例法來控制車速時(shí)有：Fe=Ke(X, -工)desired其中，F(xiàn)為驅(qū)動力，X 為期望速度值，設(shè)為屆0， 為反饋增益。Ke二50。e desired e仿真時(shí)間為1000s.采用PID控制來控制車速。其中：K二50,K=0.75,K=75p i d仿真分析與計(jì)算仿真模型的建立在MATLAB的SIMULINK環(huán)境下，以圖1為研究對象，建立斜坡行駛汽車的車速控制仿真模型如下圖2、圖3所示Fcn1Fcn1圖2比例控制法的仿真模型結(jié)構(gòu)圖圖3PID控制法的仿真模型結(jié)構(gòu)圖3.2仿真計(jì)算的結(jié)果和曲線利用仿真模型進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算得到該汽車在某斜坡路面上的車速隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖4所示：a）比例控制法的汽車速度曲線a）比例控制法的汽車速度曲線b)PID控制法的汽車速度曲線圖4仿真計(jì)算結(jié)果圖從以上的模擬曲線結(jié)果分析可知，汽車在斜坡路面行駛，采用比例控制法控制的汽車車速的變化過程中，在10<t<100s,汽車基本上以恒定加速度做加速運(yùn)動，t=100s時(shí)，車速值為76.94；在100<t<200s，汽車加速度逐漸減少到0m/s2，t=200s時(shí)，車速值為79.27，且車速基本上達(dá)到穩(wěn)定；在t=1000s時(shí)，其速度值為79.31。采用PID控制法，在0<t<120s，汽車基本上以恒定加速度加速行駛，t=120s時(shí)，汽車車速值為111.7；在120<t<350s，汽車做減速度逐漸減少的減速運(yùn)動，t=350s時(shí)，車速值為80.2，車速基本上達(dá)到平穩(wěn)；t=1000s時(shí)，速度值為79.91。通過MATLAB軟件的SIMULINK模塊對汽車在斜坡上行駛車速建模仿真，我們可以知道在任何時(shí)刻汽車的車速的大小。4結(jié)論本文根據(jù)汽車在斜坡路面上行駛的特點(diǎn)，通過力學(xué)分析，建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，采用MATLAB/SIMULINK仿真方法，分析了普通汽車在斜坡上行駛過程中車速隨時(shí)間的變化規(guī)律。比例控制法和PID控制法能對行駛在斜坡上的汽車車速進(jìn)行有效的控制。參考文獻(xiàn)：舒進(jìn)?四輪撞向車輛運(yùn)動仿真[J].汽車科技。2002