题目：基于模糊PID的汽车巡航控制系统设计
基于模糊PID的汽车巡航控制系统设计
摘要
汽车巡航控制系统是一种辅助驾驶系统，它不但可以减轻驾驶员的负担，还可以提高驾车的舒适性。汽车巡航控制系统具有非线性、时变不确定性，并受到外界扰动、复杂的运行工况等影响。本文介绍了一种基于模糊PID控制算法的汽车巡航控制系统。
本文对汽巡航控制系统进行了简要的分析，将模糊PID控制方法作为其控制方案，对现有的PID控制进行完善和优化，并设计出系统的模糊控制器。以轿车为对象，分析了汽车在行驶过程中的驱动力及受到的各种阻力和干扰力，并建立起汽车纵向动力学模型。利用MATLAB建立了系统的仿真模型，利用MATLAB软件中的模糊逻辑工具箱对系统的设计进行仿真，验证系统设计的可行性，并对汽车巡航控制系统进行了仿真和分析。由仿真结果可知，模糊PID控制方法能使系统的超调减小、反应速度加快、控制效果良好，是一种适用于汽车巡航控制系统的控制方法。
关键词：定速巡航控制系统；MATLAB；模糊PID；仿真
The Design of Controller of Automobile Cruise Control System
Based On Fuzzy-PID
ABSTRACT
Automobile cruise control system,which could not only relieve the drivers burden,but also could make the driving comfortable.it is a kind of accessorial driving system,Cruise control system has high nonlinearity and non-determinacy with time changing.And CCS,which is effected by some factors such as external load disturbers and complicated running modes,A kind of CCS which is based on Fuzzy PID control,it is introduced in the thesis.
Analyzing the cruise control system briefly, Fuzzy-PID is confirmed as the control method of the system, improved and optimized the PID control. Then the Fuzzy PID controller is designed,As the object is a car, the thesis analyzes the resistances and disturbs whil e the car’s running,And the automobile dynamics model is given,After setting up the model by means of MATLAB,use the Fuzzy Logic Toolbox in MATLAB software to simulate the design of the system, to verify the feasibility of the system design, the result is analyzed,From the result,we may know that Fuzzy PID control could make the overshoot smaller and the response time shorter,The effect of Fuzzy PID method is given.SO it is a suitable method for CCS.
Keywords：cruise control system；MATLAB；Fuzzy PID；simulation
目录
1 绪论 (1)
1.1 课题的意义 (1)
1.2 汽车巡航控制系统发展状况 (1)
1.3 课题研究的主要内容 (2)
2 巡航控制系统的简介和工作原理 (4)
2.1 巡航控制系统简介 (4)
2.2 汽车巡航控制原理 (5)
3 模糊控制器的设计 (6)
3.1 模糊控制的特点 (6)
3.2 模糊控制器的设计步骤 (6)
3.2.1 定义输入语言变量 (6)
3.4.2 定义输出语言变量 (7)
3.2.3 提出模糊控制规则 (8)
3.2.4 规则表的建立 (8)
3.3 模糊PID控制系统的设计 (9)
4 巡航系统的建模与仿真 (6)
4.1 SIMULINK简介 (11)
4.2 模糊逻辑仿真工具箱简介 (11)
4.3 仿真模型的建立 (12)
4.3.1 汽车动力仿真模型的建立 (12)
4.3.2 PID控制器仿真模型的建立 (13)
4.3.3 利用模糊逻辑工具箱建立模糊控制器 (14)
4.3.4 巡航系统仿真模型 (14)
5 仿真结果及分析 (19)
结论 (22)
参考文献 (24)
致谢 (24)
1 绪论
1.1 课题的意义
随着汽车工业和公路运输业的发展,汽车将走进千家万户,驾驶人员非职业化的特点将突出,车辆驾驶的自动化己成为汽车发展的主要趋势。跨入二十一世纪,人们需要更加舒适、简便和安全的交通工具,以适应快捷的生活节奏,因此对汽车的智能化要求更加迫切,随着计算机和电子技术的不断发展,性价比不断提高,为汽车的自动化提供了雄厚的物质基础,汽车实现智能化已不是梦想[1][3]。车辆自动变速器及其控制技术是智能汽车非常重要的内容。是汽车辅助驾驶系统和自动驾驶系统的基础,是目前我国智能汽车发展必须解决的核心技术之一。此外随着我国高速公路网建设纵横迅速延伸,自动巡航控制也具备了广泛的发展和应用前景。科技的发展使相应电子技术在汽车上应用得越来越广泛,汽车电子化程度越来越高.特别是微控制器进入汽车控制领域后,给汽车发展带来了划时代的变化,汽车的动力性、操作稳定性、安全性、燃油经济性、对环境的友好性都得到了大幅提升。在大陆型国家,驾驶汽车长途行驶的机会较多,而且在高速公路上行驶时变换车速的频率及范围都较少,能以较稳定的车速行驶[4][8]。
汽车巡航控制系统CCS(Cruise Control System)是汽车电子技术新装置之一,它实际上就是一种辅助驾驶系统。采用了汽车巡航控制系统后,当车辆在高速公路上长时间行车时，驾驶员就不用再去控制油门踏板。这减轻了驾驶员的负担，从而减少或避免了交通事故的发生，同时减少了不必要的车速变化，使汽车的燃料供给与发动机之间处于最佳的配合状态，可以最大限度地节省燃料，降低排气污染，提高发动机的使用效率。采用汽车巡航控制系统是提高汽车的动力性能和乘坐的舒适性的主要方法之一[8]。
1.2 汽车巡航控制系统发展状况
国内外研发汽车自动巡航控制系统起步很早，其发展过程主要经历了三个阶段：
第一阶段是20世纪60-70年代中期，早期的汽车巡航控制系统主要是机械式和气动机械式巡航控制系统。日本丰田公司从1965年起就开始在车上装用机械式巡航控制系统。德国的VDO公司也研制出了气动机械式巡航控制系统。而1968年德国奔驰公司开发，晶体管控制的巡航控制系统，并在莫克利汽车上装用，这期间美国和只本相继出现了以模拟电路为基础的汽车巡航控制系统。
第二阶段是20世纪70年代中后期-80年代中后期，以数字信号为主的控制系统。随着单片机技术的发展，特别是大规模集成电路及单片机的应用，出现了以数字技术为基础的巡航控制系统。如1974年美国鲁卡斯汽车研究中心研究出了性能完善的运用卫星雷达的数字车速、车距控制系统，该系统可以更好地适应路面状况的变化。日本日野公司于1985
年投放市场一种基于燃油经济性的车速控制系统。其控制部分的核心是微处理器。美国摩托罗拉公司也研制了一种采用微处理器控制的巡航控制系统，这种系统的所有输入指令以数字形式直接存储和处理，微处理器根据指令车速、实际车速以及其他输入信号，按给定程序完成所有数据处理，并产生步进电动机的驱动信号输出，改变节气门开度，每种车型的最佳加速度和减速度由编程人员决定。从安全上考虑，将制动开关与节气门执行器直接相连，这样当踩下制动踏板时，在断开巡航控制系统的同时，将执行器的动力源断开，从而使节气门迅速脱离巡航控制系统的控制。
与模拟技术相比，散字系统的突出特点是系统的信号量以数字表示，受工作温度和湿度的影响较小，因此数字控制系统具有更高的稳定性。对于汽车自动巡航控制系统可采用先进的大规模或超大规模集成电路技术做成专用模块，也可在微处理器上编程来实现。当汽车上其他系统已有控制微处理器时，只要修改一下程序便可将此功能附加上去，因而可节省昂贵的硬件开支。
第三阶段是从20世纪90年代开始，国外又开始发展以智能化为核心的汽车自动巡航控制系统和以定距离控制为主的自适应巡航控制系统。 1990年美国鲁卡斯公司研制出一种自动恒速智能控制系统，该系统采用了连续调频被雷达，通过雷达来探测前方车辆与本车的距离，通过处理单元计算出相对车速与距离，并将该信息提供给电子控制单元，通过执行器控制节气门来控制车速。之后，该公司又针对暴露的问题加以改进，在美洲虎牌轿车上安装了新的自动恒速控制系统，井对控制节气门与制动器的执行机构作了改进，微波雷达安装在前保险杠内，通过塑料车牌照发射微波探测信导。
日前国内外很多专家都在研究自适应巡航控制系统。这种巡航控制系统主要由测速装置、转向角传感器、车速传感器、制动电子控制单元( ECU)和发动机ECU等组成。当道路情况良好时，该系统就是普通的巡航控制系统，可以按设定车速巡航行驶；当距另一辆车距离较近及相对车速较高时，通过巡航控制系统控制制动器减速。情况正常后将自动恢复原先的车速，如果前方车辆减速，ACCS便操纵制动器来维持一定的车距，从而避免了汽车的追尾。
国内外很多专家开始了一种半自主式巡航控制系统的研究，此种巡航控制系统能够很快地应用于公路上，能够保持人工操纵和自适应巡航控制系统的共存。研究的理论结果表明，此种控制系统具有更高的控制精度。综合利用仿真、分析和实验结果对人工驾驶和具有自适应控制系统的汽车进行了比较，从得到的数据和信息可以知道，具有巡航控制系统的汽车能对驾驶员提供重要的辅助作用，对行驶安全性提供了一种主动安全技术[2][8]。
1.3 课题研究主要内容
﹙1）查阅相关资料熟悉汽车巡航控制系统的功能、结构、工作原理、特性及控制方法。
（2）学习模糊控制理论和方法。
（3）设计汽车巡航控制系统控制器，并基于Matlab/simulink建立控制系统模型。进行汽车巡航控制系统仿真。
（4）验证汽车巡航控制系统控制器的控制结果。
2 巡航控制系统的简介和工作原理
2.1 巡航控制系统简介
汽车巡航控制系统，根据其特点又被称为巡航行驶装置、速度控制(Speed Contr01)系统、自动驾驶(Auto-Drive)系统等。目前汽车巡航控制系统分为巡航控制和自适应巡航控制两大类，后者是前者功能的延伸和扩展。汽车巡航控制系统是最早开发的汽车电子控制系统之一，其作用是在按下驾驶员所要求的速度闭合开关之后，不用踩油门踏板就可以自动地保持车速，使车辆以固定的速度行驶。在汽车行驶的过程中，驾驶员只要把住方向盘就可以了。在巡航控制期间。随着道路坡度的变化以及汽车行驶中所可能遇到的阻力，车辆自动变换油门开度或自动进行挡位转换，以按存储在微机内的最佳燃料经济性规律或动力性规律稳定行驶。巡航控制系统在飞机上的应用显示出了其无可比拟的的优点。上个世纪50年代末开始在汽车上应用。并很快受到青睐。目前在美、日、德、法、意等汽车大国发展、普及很快，尤其是近几年来世界各国高速公路的通车里程增多，扩大了汽车巡航控制系统大显身手的空间。汽车巡航控制系统在大陆型国家更具有使用价值。汽车巡航控制系统一般设有基本功能和故障保险功能[4]。
1.基本功能
（1)车速设定功能:当车辆在高速公路上行驶时，如果路面质量好，没有人流、分道行车，无逆向行车，适宜以较长时间稳定运行时，驾驶员可通过巡航系统设定一个稳定行驶的车速，使其不用控制节气门和换挡，汽车就能一直以这一车速稳定行驶。
（2)恢复功能:当司机处理好情况后，根据路面车流情况在判断出又可稳定运行后，可使汽车自动按着上一次设定的车速恒速行驶，驾驶员也可重新设定巡航车速。
（3)取消功能:当踩下制动踏板或者按下“取消"键时，则立即退出巡航状态。但是，如果其行驶速度大于最小设定车速，则退出之前设置的速度继续保存，供巡航控制系统随时调用。
（4)加速、减速功能:车辆处于巡航行驶状态时，可对设定车速进行加速和减速的操作，从而改变其巡航车速。
2.故障保险功能
（1)低速自动消除功能:当车速低于低速极限巡航控制不起作用，存储的车速消失，并不能再恢复此速度。
（2)有关开关消除功能:除了踩制动踏板有消除功能外，当按住车制动开关、离合器控制开关或者变速器挡位开关时，巡航车辆都将自动地消除巡航控制功能。
综合汽车巡航控制系统的功能和作用其具有以下几个优点：
（1)提高汽车行驶的稳定性、安全性和舒适性，巡航控制系统保证了汽车无论是在上坡、下坡、平路上行驶，或是在风速变化的情况下行驶，只要在发动机功率允许的范围内，
速度都可保持不变。特别是在郊外或者高速公路上行驶时，这种优越性更为显著。另外，当汽车以定速行驶时，驾驶员只要掌握好方向盘，不用踩踏板和换挡就能使车辆定速稳定运行，这减轻了司机的劳动强度，可使驾驶员精力集中以确保行车安全。
（2)减少磨损，延长寿命，汽车稳定定速行驶使其额外惯力减少，所以机件磨损减少，使车辆的寿命增加，故障减少。
（3)具有一定的经济性和环保性，在同样的行驶条件下，对于一个有经验的司机来说，在使用巡航控制系统后可以节省15%左右的燃料。这是因为在使用了这一速度稳定器后，可使汽车的燃料供给与发动机功率之间处于最佳的配合状态减少了CO、CH、NOx等有害气体的排放，有利于环保[6][7]。
2.2 汽车巡航控制原理
汽车巡航系统是一个典型的闭环负反馈控制系统，其原理如下图2-1所示：
图2-1 汽车巡航控制原理图
CCS ECU的信号有2个，一是驾驶员根据行驶条件，通过巡航开关设定的巡航车速信号。二是车速传感器输入的实际车速反馈信号。当巡航设定车速信号和实际车速反馈信号输入CCS ECU后，CCS ECU经过比较运算可得速度偏差变化E和偏差变化率EC，经过处理后，再结合当前节气门的开度信号，可得到控制节气门开度大小的控制信号，CCS ECU将控制指令发送给执行机构, 执行机构就可驱动节气门拉索调节发动机节气门开度的大小，将实际车速迅速调节到驾驶员设定的车速值，从而实现恒速控制。
3 模糊控制器的设计
3.1 模糊控制的特点
(1)模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。
(2)由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。
(3)基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致较大差异，但一个系统语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。
(4)模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。
(5)模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。
(6)本文主要采用模糊PID控制，模糊PID控制是根据PID控制器的三个参数与偏差E 和偏差的变化EC之间的模糊关系，在运行时不断检测E及EC，通过事先确定的关系，利用模糊推理的方法，在线修改PID控制器的三个参数，让PID参数可自整定。就我的理解而言，它最终还是一个PID控制器，但是因为参数可自动调整的缘故，所以也能解决不少一般的非线性问题，但是假如系统的非线性、不确定性很严重时，那模糊PID的控制效果就会不理想啦。而且模糊PID控制的规则还是较复杂的，隶属度函数的选定也得靠经验。优点就是可以自动调整PID的参数，对于一般的不确定系统可以使用[5][9]。
3.2 模糊控制器的设计步骤
3.2.1 定义输入语言变量
将巡航控制系统的速度误差绝对值|E|和速度误差变化率绝对值|EC|作为模糊控制器的输入语言变量。
它们的变化范围定义为模糊集上的域论：
|E|={0,1,2,3,4,5}
|EC|={0,1,2,3,4,5}
它们的模糊子集为：
|E|={零(Z),小(S),中(M),大(B)}
|EC|={零(Z),小(S),中(M),大(B)}
其隶属函数如图3-1所示:
图3-1 输入语言变量隶属函数
3.4.2 定义输出语言变量
定义3
(1) Kp′比例系数修正参数
(2) Ti′积分系数修正参数
(3) Td′微分系数修正参数
Kp′={零(Z),小(S),中(M),大(B)}
Ti′ ={零(Z),小(S),中(M),大(B)}
Td′={零(Z),小(S),中(M),大(B)}
其隶属函数如图3-2所
图3-2 输出语言变量隶属函数
3.2.3 提出模糊控制规则
从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面考虑提出以下三条控制规则: 当|E|较大时,系统响应具有较快的响应速度,应取较大的Kp;为防止出现较大的超调,
避免开始时|E|的瞬间变大可能引起的微分过饱和,则应取较大的Ti和较小的Td;
当|E|和|EC|处于中等大时,为了使系统具有较小的超调，应取较小的Kp,为了避免对
动态稳定性造成影响,应取适中的Ti，由于此时的调节特性对Td 的变化敏感,因此Td 应
取得大一些;
当|E|较小时,为使系统具有较好的稳态性能,减小系统静态误差,增加系统对扰动的
抑制能力,应增大Kp;减小Ti和Td。
对实际的汽车巡航控制系统来说,误差为零时容易产生游车,使驾驶员感到不适。从而
车速误差不能为零,而要将其保持在一定的误差范围内。所以在设计汽车巡航控制系统的
模糊规则时就要考虑到;当车速误差较小时,应减弱积分环节的作用、加大比例环节的作用,
允许系统有一定的误差[6]。
3.2.4 规则表的建立
在实际的控制系统中,在控制过程的各阶段,对误差和误差变化又不同的要求。在控制
过程的初始阶段,系统的误差往往较大,控制系统的目的是消除误差,这时就要求误差值在
控制规则中的加权系数应大一些,反之当控制过程趋向稳定阶段,系统误差已经很小,控制
系统的主要任务是减小超调量,使系统尽快稳定。为此,本文引入了具有多个调整因子的模
糊控制器,对每一个误差等级各引入一个调整因子. 自此模糊控制器有两个输入语言变量
|E|和|EC|;三个输出语言变量Kp′、Ti′和Td;归纳出的模糊控制规则如表3-1、表3-2、
表3-3所示。
表3-1 Kp′的规则表
表3-2 Ti′的规则表
表3-3 Td′的规则
将隶属函数与参数调节规则输入MATLAB的模糊逻辑工具箱中,完成模糊控制器的设计,可得到PID参数的模糊矩阵表。系统在线运行时,控制系统通过对模糊规则的结果处理、查表和运算,完成对PID参数的修正。
3.3 模糊PID控制系统的设计
模糊PID控制技术是将模糊控制技术与PID控制结合构成。
PID控制具有十分明显的优点，在工业过程控制领域一直占据了主导地位，而且全世界的控制技术研究和应用人员对PID控制进行了大量的研究，努力改善PID控制的性能。围绕PID 控制，并与多种其它控制技术结合，形成了多种PID控制技术，本文采用模糊PID控制技术进行设计。结合模糊控制与PID控制的优点，以达到更好的控制效果。
汽车巡航系统的模糊PID控制原理图如图3-3所示。
目标车速
图3-3 模糊PID控制原理图根据原理图将进行建模仿真。
4 巡航系统的建模与仿真
4.1 MATLAB/SIMULINK简介
建模仿真可视化功能SIMULINK是MATLAB五大通用功能之一,是基于MATLAB语言环境下用来对动态系统进行建模、仿真和综合分析的集成软件包,它可以处理的系统包括:线性和非线性系统;连续和离散时间模型,或者是两者混合系统,单任务、多任务离散事件系统,并且系统还可以是多采样率的,比如系统的不同部分拥有不用的采样率,它的存在使MATLAB的功能得到进一步扩展。SIMULINK中存储了大量系统模型,用户只要在模型库窗口上调出各个系统环节,并用连线连接起来,便可利用SIMULINK 提供的功能对系统进行仿真和分析。这种方框图式的建模方法很容易将一个复杂系统的数学模型输入到计算机中,大大简化了编程过程。对于建模,SMULINK提供了一个图形化的用户界面(GUI),只要进行鼠标点击和拖拉模块的图标就可构造出复杂的仿真模型。它外表以方块形式呈现,且采用分层结构。从建模角度讲,这既适合自上而下的设计流程(概念、功能、系统、子系统、直至器件),又适合自下而上逆程设计。从分析研究角度讲,这种SMULINK模型不仅能让用户知道具体环节的动态细节,而且能让用户清晰地了解各器件、各子系统、各系统间地信息交换,掌握各部分之间地交互影响。
4.2 模糊逻辑仿真工具箱简介
MATLAB的模糊逻辑工具箱有5个基本工具箱用于建立、编辑和观察模糊推理系统(FLS),它们分别是,模糊推理系统编辑器、隶属度函数编辑器、规则编辑器、规则观察器和曲面观察器。这些工具箱是动态链接的,修改其中任一个都将影响其它己打开的工具箱的显示结果。
MATLAB的模糊逻辑工具箱拓展了MATLAB对模糊逻辑系统的设计能力,己经成为运用模糊手段解决工程问题的重要工具。模糊逻辑工具箱使得工程设计人员可以采用多种途径生成和编辑模糊推理系统,如手工、通过交互式图形工具、通过命令行函数或基于模糊聚类或自适应神经模糊技术自动实现。
4.3 仿真模型的建立
4.3.1 汽车动力仿真模型的建立
依据牛顿第二运动定律，汽车的运动方程为：
h w f F F F F ma ---=e δ （4-1）
式中：
e F ：驱动力(N)；
f F ：行驶阻力(N)；其公式为：
????
??+??=194401014.02f v mg F （4-2）
w F ：空气阻力(N)
()[]2
w 01.0sin 2001.0t v F +?= （4-3）
h F ：坡度阻力(N)；其公式为：
()x mg F 0001.0sin 01.0h ??=
（4-4） x:汽车水平位移(m); v:汽车行驶速度(m/s);
t:汽车行驶时间(s);
m:汽车质量(kg);我们取一般小汽车的质量为
1500kg;
δ:计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车质量转换系数;取δ=1.05;
根据公式并选择适当参数，然后利用MATLAB 软件中SMULINK 建立汽车动力仿真模型如图3.4所示。
max brake
max thrust
f F ：行驶阻力函数模块，Expression —
1500*9.8*0.014*(1+u/19440)
w F ：空气阻力函数模块，Expression —0.01*(u[1]+20*sin(0.01*u[2]))^2；
h F ：坡度阻力函数模块，Expression —1500*9.8*0.01*sin(0.0001*u)，
图3-4 汽车动力仿真模型
4.3.2 PID控制器仿真模型的建立
依据比例—积分—微分控制的基本原理，我们利用MATLAB软件中SMULINK建立一个简单的PID控制器模型，利用这个模型在模糊控制过程中对PID控制参数进行在线的实时调整，以达到改善和优化控制效果的作用。
建立的PID控制器仿真模型如图3-5所示。
图3-5 PID控制器仿真模型
实际车速和设定车速作为输入量，经过PID控制器的比例，积分，微分环节输出驱动力。
4.3.3 利用模糊逻辑工具箱建立模糊控制器
（1）添加输入输出语言变量
运行MATLAB软件，在Command Window窗口中输入fuzzy，按下回车键。打开模糊逻辑编辑器窗口。在汽车巡航系统的模糊PID控制中，模糊控制器的输入语言变量为速度误差绝对值|E|和速度误差变化率绝对值|EC|，输出语言变量为PID控制系数的在线修正参数Kp′、Ti′、Td′。在模糊逻辑编辑器窗口中添加输入输出语言变量，修改各自的名称。
多输入多输出的模糊逻辑控制系统结构如图3-6所示。
图3-6 模糊逻辑系统结构
(2)编辑隶属度函数
依据已定义的输入输出语言变量，以及他们的论域和模糊子集，完成各语言变量的隶属度函数的编辑。
输入语言变量的范围是[0 5]；
输出语言变量的范围是[0 0.99]；
为了简化系统的设计，我们采用三角隶属度函数。修改各模糊子集的名称。
编辑结果如图3-7所示。
图3-7 隶属度函数编辑窗口
(3)编辑控制规则
(4)依据归纳出的模糊控制规则表，我们列出16
If |E| is Z and |EC| is Z then Kp′is S and Ti′is S and Td′is Z.
If |E| is Z and |EC| is S then Kp′is B and Ti′is M and Td′is Z.
If |E| is Z and |EC| is M then Kp′is B and Tiis M and Td′ is Z.
If |E| is Z and |EC| is B then Kp′ is B and Ti′ is M and Td′ is Z.
定速巡航控制系统 在推出的众多车型当中都配备了巡航控制系统，表面看来，这个功能的设置并没有太大的作用，但在实际操作中，尤其是在高速公路上行驶时，便能体现出其不意的功能。现在就向您介绍一下巡航控制系统。 汽车巡航控制系统(Cruise Control System)，简称CCS系统，又称恒速行驶系统。它是利用电控技术对汽车的行驶速度进行自动调节的一种电子控制装置，是一种减轻驾车者疲劳的装置。 具体具有以下优点： 1、保持汽车行驶速度稳定。无论汽车行驶在平路还是上坡、下坡，也无论是风和日丽还是急风暴雨，只要在发动机功率允许的范围内，汽车的行驶速度均能保持恒定不变。 2、提高汽车行驶的舒适性。由于其车速稳定，无或快或慢的感觉，尤其是在郊外或高速公路上行驶，乘员乘坐的舒适性体现的更为明显。此外，由于驾驶员无须频繁踏踩加速踏板，疲劳程度会大大减轻。 3、可提高燃油经济性和环保性。采用巡航定速系统后，可使发动机燃料的供给与功率的配合处于最佳状态，在同样的行驶条件下，对于有经验的驾驶员来说，可以节省燃油15%，而且减少排气中有毒成分的含量。 汽车巡航控制系统主要由各种开关和传感器、电控单元ECU、执行器三大部分组成。一般车型都将巡航控制系统操纵手柄设置在方向盘上，一般设置了五种功能：SET（设置恒速）、COAST（减速或滑行）、RES（恢复）、ACC（加速）、CANCEL （解除或取消）。 当按下车速调置开关(SET)后，就能存储此时此刻的车速并能自动保持这个车速。当不需要速度控制时，只要踩下制动踏板，速度设定功能就会立即停止，但是速度信息继续存在。如果要恢复速度控制，按恢复开关(Resume)就能恢复原来存储的车速，汽车又能按照这个速度行驶。另外还有低速自动消除功能，当车速低于40公里/小时以下，定速设置会自动消失并不能再恢复。 按巡航控制的执行器来分类，通常有真空式和电机式两种巡航控制系统： 1、真空式巡航控制装置： 主要由真空调节器和节气门驱动伺服膜盒两部分组成。真空调节器用于控制系统内的真空度，节气门驱动伺服膜盒用于控制节气门开度，从而有效的控制汽车按预定的车速稳定行驶。 2、电机式巡航控制装置： 主要由伺服电机、减速机构、电磁离合器和位置传感器等部分组成。电磁离合器的功用是锁止或释放控制节气门拉索。位置传感器是用来检测伺服电机控制节气门的位置，即动态反映节气门开度情况，使汽车能保持一定速度行驶。
目录一设计任务与要求 二系统校正的基本方法与实现步骤 三PID的控制原理与形式模型 四设计的原理 五设计方法步骤及设计校正构图 六设计总结 七致谢 八参考文献
一 设计任务与要求 校正对象： 已知单位负反馈系统，开环传递函数为：s s s s G 1047035.87523500 )(23++=，设 计校正装置，使系统满足： （1）相位稳定裕量o 45≥γ （2）最大超调量%5≤σ 二 系统校正的基本方法与实现步骤 系统校正就是在自动控制系统的合适位置加入适当的装置，以改善和提高系统性能。按照校正装置在自动控制系统中的位置，可分为串联校正，反馈校正和顺馈补偿。 顺馈补偿方式不能独立使用，通常与其他方式同时使用而构成复合控制。顺馈补偿装置满足一定条件时，可以实现全补偿，但前提是系统模型是准确的，如果所建立的系统模型有较大误差，顺馈补偿的效果一般不佳。 反馈校正主要是针对系统中的敏感设备——其参数可能随外部环境条件发生变化，从而影响自动控制系统的性能——给敏感设备增加局部负反馈支路以提高系统的抗扰能力。由于负反馈本身的特性，反馈校正装置通常比较简单，只有比例（硬反馈）和微分（软反馈）两种类型。 串联校正是最基本也是最常用的校正方式，根据校正装置是否使用独立电源，可分为有源校正装置和无源校正装置；根据校正装置对系统频率特性的影响，可分为相位滞后、相位超前和相位滞后－超前校正装置；根据校正装置的运算功能，可分为比例（P ）校正、比例微分（PD ）校正、比例积分（PI ）校正和比例积分微分（PID ）校正装置。
三 PID 控制的原理与形式模型 具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID 控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为： dt t de dt t e t e t m K K K K K d p t i p p )()()()(0++=? 相应的传递函数为： ??? ? ? ? + +=S S s K K K G d i p c 1)( S S S K K K d i p 12++ ?= PID 控制的结构图为： 若14 定速巡航系统故障两例解决方法 文章来源：https://www.doczj.com/doc/0713322555.html, 车辆的巡航控制系统(英文缩写为CCS)亦称为恒速行驶系统。它是利用先进的电子技术对汽车的行驶速度进行自动调节，从而实现以事先设定速度行驶的一种电子控制装置。在高速公路上长时间行驶时，打开该系统的自动操纵开关后，巡航控制系统将根据行车阻力自动增减节气门开度。这样可以省去驾驶员频繁地踩油门踏板这一动作，保证汽车以预先设定的速度行驶。在汽车行驶过程中，驾驶员只要把住转向盘就可以了，从而大大减轻了驾驶员的疲劳强度，也减少了交通事故的发生。同时，由于巡航控制系统能自动地维持车速，避免了不必要的油门踏板的人为变动，进而改善了汽车的燃油经济性和发动机的排放。 这种系统在国外汽车上应用较多，在美国，安装率已达到60%以上。然而，在我国由于道路条件限制，使用率不高。即使该系统出现故障，驾驶员也不在意。另外，由于维修技术不能与汽车技术同步飞速发展，许多维修人员尚对该系统认识不足，以致于在维修过程中无意间对该系统造成干扰或损坏，无法科学分析故障现象，准确判断故障根源。在此，笔者谈一谈定速巡航系统的两个故障诊断实例。 例1 放气孔堵死，定速巡航系统功能失调 一辆1998年产道奇CARA V AN汽车，因发动机的机械故障，对发动机进行了拆装检修。装复之后，定速巡航功能即失去作用。 在高速公路上试车发现，当定速开关起动后，伺服装置使油门踏板一下子拉开到极限位置。无法对行驶速度进行预期设定。 用“OTC”解码器测试系统，检测发现，所有的开关状态均正常。然后进行电磁阀动作测试，定速伺服装置电磁阀都有明显反应。对伺服装置三个电磁阀进行分析：定速巡航系统工作时，控制模块PCM经过制动开关(ON)，同时向三个电磁阀提供12V工作电压。卸载电磁阀处于“ON”状态，关闭真空泄放通道。真空电磁阀处于“ON”状态，打开真空储盒通往伺服膜盒的真空通道。而排气电磁阀则由PCM控制处于“ON—OFF”间歇开闭状态，调节伺服膜盒的真空度，从而起到调节车速的作用。 踩下制动踏板时，卸载电磁阀和真空电磁阀的动作正好相反，从而解除定速功能。 通过上述分析和检测可以知道，各开关状态正常，并且电磁阀工作正常，只可能是真空通道出现故障。如果排气电磁阀控制的放气孔堵死，必定会引起定速巡航系统功能失调。 对伺服装置进行拆检，发现放气孔果然被密封胶堵塞。原来，该车在拆装发动机的过程中不慎碰裂了伺服装置线束插头，于是修理工用密封胶粘涂修补，结果多余的胶将放气孔堵住。因此在定速巡航系统起动后，定速巡航控制单元无法调节伺服膜盒的真空度，也就不能调节车速。 将堵塞放气孔的密封胶清除，重新试车，定速巡航系统功能恢复正常。 例2 更换安全气囊后CRUISE巡航指示灯亮 一辆1998年产道奇CARA V AN汽车，发生撞车事故，安全气囊爆炸。在一家修理厂修复后，经过一段时间，车主发现CRUISE巡航指示灯亮起，同时定速巡航控制系统也不起作用了。 用“OTC”解码器测试系统各相应开关，发现操作所有巡航开关，均显示“ON”状态。而滑行减速开关、解除开关和恢复/加速开关等其他开关都没有出现正确的工作电压。 定速巡航系统各开关都串联有不同阻值的电阻和内部检测电路。定速巡航控制模块PCM通过检测各开关的电压值来判断各个开关的状态，从而接受驾驶员的操作指令。 未操作时，各开关均处于“OFF”状态，其中“ON/OFF”定速主开关未串接电阻，因此，如果这个开关一直处于闭合状态，即使其他开关闭合，定速巡航控制模块PCM通过内部检测电路，对相应并联电路进行分析运算，发现最大电压降为5V，那么定速巡航控制模块PCM就不会接受其他任何开关的指令，包括设定开关SET。 经过分析可以知道，该车所有巡航开关均显示“ON”状态，而且其他开关没有正确的工作电压，看来ON/OFF定速主开关一直处于闭合状态，说明极有可能是ON/OFF定速主开关短路。而该开关线束位于转 1巡航控制系统的构成 汽车电子自动巡航控制系统主要由巡航控制开关 (ON /OFF 开关)、车速传感器、电子控制单元 (ECU)、汽车制动 现将其各部分的结构与工作原理分别作以下介绍: (1)巡航控制开关主控开关一般为杆式开关，安装在转向 柱上驾驶员容易接近的地方，或将组合开关设计在方向盘 上。大多数开关有三个档位：设置/减速 (SET / COAST)取 消(CAN, CEL)和恢复/加速(RES /ACC 档。通常情况下，当 车速超过40km / h 时，只要按下设定键，车辆就会记住当前 的车速并保持定速行驶，当按下取消键时，恒速行驶立即停 开关、执行器等组成。其结构如图 8-5所示。 止。 “恢复/加速”档用于制动或换档断开电路后，使车辆 巡航揑制系统的构f 罔8$ 重新按设定速度行驶。汽车在自动巡航控制状态下，可以通 过按加速键提高车速，或按减速键来降低车速。 (2) 巡航控制 ECU 用于接收各种专感器送来的信 经计算、加工处理后，向执行器发出指令，控制执行器的动 作。 ⑶ 空档启动开关 用于向巡航控制 ECU 专送空档信 ( 即变速器操纵杆处于空档位置的信号 ) ，以使汽车立即退出 巡航控制状态。 ⑷制动开关用于向巡航控制ECU 专送制动信号(即驾 驶员踩下制动踏板的信号 ) ，以使汽车迅速退出巡航控制状 态。 (5) 车速专感器 车速专感器一般安装在变速器的输出轴 上，这是因为实际车速与变速器输出轴转速成正比。车速专 感器有磁感应式、霍尔式、光电式等多种结构形式，但简单 常用的是磁感应式。 (6) 节气门位置专感器节气门控制摇臂位置专感器，用于 监测节气门控制摇臂的位置， 并将信号专送给巡航控制 号， ECu 。 车辆自适应巡航控制系统(ACC)设计与分析 65090617付裕 一、引言 ACC系统全称就是自适应巡航控制系统，它是一种智能化的行车自动控制系统，它是在早已存在的定速巡航控制技术的基础上发展而来的。在行驶过程中，安装在车辆前部的车距传感器会持续扫描车辆前方道路,同时轮速传感器采集车速信号。当与前面的车之间的距离过小时（这可以在车内设定距离），ACC控制单元可以通过与制动防抱死系统、发动机控制系统协调动作，使车轮适当制动，并使发动机的输出功率下降，同时车内音响会发出警报声音提醒走神的驾驶员注意，它能有效的防止追尾这类事故的发生。 本文将通过连续系统设计与分析的知识对ACC系统进行分析。 二、研究对象工作过程和要求描述 1.控制原理： 电控单元有两个输入信号，当测出的实际车速高于或低于驾驶员调定的车速时，电控单元将这两种信号进行比较，得出两信号之差，即误差信号，再经放大、处理后成为油门控制信号，送至油门执行器，驱动油门执行器动作，调节发动机油门开度，以修正两输入车速信号的误差，从而使实际车速很快恢复到驾驶员设定的车速，并保持恒定。 2.系统框图如下： 三、被控对象的数学模型建立 m ——汽车质量 g ——重力加速度 f ——滚动阻力系数 C ——空气阻力系数 A ——等效迎风面积 r ——轮胎半径 gi ——变速器速比 di ——主减速器速比 η——传动效率 当获取了自适应巡航状态下的速度控制目标ad后，整车期望转矩 四、控制系统的控制器模型设计 经查询资料可知发动机工作模式下的传递函数如下 综合查询的数据与发动机、变速箱、节气门控制器等传递函数可得，ACC系统的传递函数如下 数字PID控制器设计 实验报告 学院电子信息学院 专业电气工程及其自动化学号 姓名 指导教师杨奕飞 数字PID控制器设计报告 一．设计目的 采用增量算法实现该PID控制器。 二．设计要求 掌握PID设计方法及MATLAB设计仿真。 三．设计任务 设单位反馈系统的开环传递函数为： 设计数字PID控制器，使系统的稳态误差不大于，超调量不大于20%，调节时间不大于。采用增量算法实现该PID控制器。 四．设计原理 数字PID原理结构图 PID控制器的数学描述为： 式中，Kp为比例系数；T1为积分时间常数；T D为微分时间常数。 设u(k)为第K次采样时刻控制器的输出值，可得离散的PID表达式为:? 使用模拟控制器离散化的方法,将理想模拟PID控制器D(s)转化为响应的理想数字PID控制器D(z).采用后向差分法,得到数字控制器的脉冲传递函数。 2.增量式PID控制算法 u(k)=u(k-1)+Δu(k) 增量式PID控制系统框图 五．Matlab仿真选择数字PID参数 利用扩充临界比例带法选择数字PID参数，扩充临界比例带法是以模拟PID调节器中使用的临界比例带法为基础的一种数字PID参数 的整定方法。其整定步骤如下 1)选择合适的采样周期T：，因为Tmin<1/10 T,选择采样周期为； 2)在纯比例的作用下,给定输入阶跃变化时,逐渐加大比例作用 Kp(即减小比例带δ),直至系统出现等幅震荡,记录比例增益 Kr,及振荡周期Tr 。Kr成为临界振荡比例增益(对应的临界比 例带δ),Tr成为临界振荡周期。 在Matlab中输入如下程序? G=tf(1,[1/150,36/150,185/150,1]); p=[35:2:45]; for i=1:length(p) Gc=feedback(p(i)*G,1); step(Gc),hold on end; axis([0,3,0,]) 得到如下所示图形： 改变其中的参数P=[35:2:45]为p=[40:1:45]得到下图曲线，得Kr约为43，Tr 基于SIMULINK的PID控制器设计与仿真 1.引言 MATLAB是一个适用于科学计算和工程用的数学软件系统，历经多年的发展，已是科学与工程领域应用最广的软件工具。该软件具有以下特点：数值计算功能强大；编程环简单；数据可视化功能强；丰富的程序工具箱；可扩展性能强等。Simulink是MATLAB下用于建立系统框图和仿真的环境。Simulink环境仿真的优点是：框图搭建方便、仿真参数可以随时修改、可实现完全可视化编程。 比例-积分-微分（Proporitional-Integral-Derivative,PID）是在工业过程控制中最常见、应用最广泛的一种控制策略。PID控制是目前工程上应用最广的一种控制方法，其结构简单，且不依赖被控对象模型，控制所需的信息量也很少，因而易于工程实现，同时也可获得较好的控制效果。 2.PID控制原理 当我们不能将被控对象的结构和参数完全地掌握，或者是不能得到精确的数学模型时，在这种情况下最便捷的方法便是采用PID 控制技术。为了使控制系统满足性能指标要求，PID 控制器一般地是依据设定值与实际值的误差，利用比例（P）、积分（I）、微分（D）等基本控制规律，或者是三者进行适当地配合形成相关的复合控制规律，例如，PD、PI、PID 等。 图2-1 是典型PID 控制系统结构图。在PID 调节器作用下，对误差信号 分别进行比例、积分、微分组合控制。调节器的输出量作为被控对象的输入控制量。 图2-1典型PID 控制系统结构图 PID 控制器主要是依据给定值r （t ）与实际输出值y （t ）构成控制偏差，用公式表示即e （t ）=r （t ）-y （t ），它本身属于一种线性控制器。通过线性组合偏差的比例（P ）、积分（I ）、微分（D ），将三者构成控制量，进而控制受控对象。控制规律如下： 1 01() ()[()()]p d i de t u t K e t e t dt T T dt =++? 其传递函数为： ()1()(1)()p d i U s G s K T S E s T s = =++ 式中：Kp--比例系数； Ti--积分时间常数； Td--微分时间常数。 3.Simulink 仿真 3.1 建立数学建模 3.2 仿真实验 在传统的PID 调节器中，参数的整定问题是控制面临的最主要的问题，控制系统的关键之处便是将Kp 、Ti 、Td 三个参数的值最终确定下来。而在工业 南通航运职业技术学院毕业论文（作业） 班级：汽修3112班专业：汽车检测与维修题目：汽车定速巡航系统 学生姓名：孙美松 指导老师：成诚 2014年6月16日 目录 0 引言 (1) 1 汽车巡航控制系统简介 (1) 1.1 意义 (1) 1.2 功能 (2) 1.3汽车巡航控制系统的类型 (2) 2 原理与构成 (2) 2.1 原理 (2) 2.2 构成 (3) 3 应用 (5) 4 国内外汽车巡航控制系统发展现状 (6) 4.1 国外发展情况 (6) 4.2 国内发展情况 (6) 4.3巡航控制系统延伸发展 (7) 5 现存问题与发展趋势 (7) 5.1 现存问题 (7) 5.2发展趋势 (8) 6 结束语 (8) 参考文献： (8) 感谢词 (8) 汽车定速巡航系统 汽修3112 孙美松 （南通航运职业技术学院交通工程系，江苏南通226010）摘要：本文论述了汽车定速巡航系统（CRUISE CONTROL SYSTEM）的作用、原理、发展趋势，同时对其原理、操作方法、检测方法和加装方法等做更深一成的解析。 关键词：巡航原理、巡航控制系统、应用、发展趋势、 0 引言 汽车巡航系统CCS（Cruise Control System）自1961年在美国白宫首次应用以来，已经成了高档轿车的标准装配。当汽车在高速公路上行驶时，接通巡航控制开关，设定目标车速，巡航控制系统将根据汽车行驶阻力的变化，自动增大或减小节气门开度，使汽车设定的车速匀速行驶，以减轻驾驶员的劳动强度。采用巡航控制以后，避免了驾驶员操纵加速踏板，使汽车车速反复变化造成了运行工况频繁变化，因此，不论是汽车的经济性、排放控制，还是行驶平顺性、乘坐舒适性都得到很好的改善。新款宝来在原有装备基础上，又增加了ESP(电子稳定程序)和CCS(巡航控制系统，德文缩写是GRA)选装装备，并对车型作了新的定义，分为基本型、舒适型、豪华型、尊贵型等，汽车巡航控制系统(CCS)就是为解决此问题而诞生的。 1 汽车巡航控制系统简介 1.1 意义 1.1.1定义 定速巡航系统（CRUISECONTROLSYSTEM）缩写为CCS，又称为定速巡航行驶装置、速度控制系统、自动驾驶系统等。按司机要求的速度合开关之后，不用踩油门踏板就自动地保持车速，使车辆以固定的速度行驶。采用了这种装置，当在高速公路上长时间行车后，司机就不用再去控制油门踏板，减轻了疲劳，同时减少了不必要的车速变化，可以节省燃料。汽车在行驶中通过操纵调整开关，驾驶员不必踩踏油门调整车速，汽车也能以设定的车速进行定速行驶。 1.1.2作用 汽车在采用了巡航控制系统（CCS）行驶时，驾驶员无需踩踏加速踏板，尤其在安装自动变速器的汽车中，因不需使用离合器，只需手握方向盘就可轻松驾驶，从而驾驶员的右脚能过解放出来，减轻了驾驶员的疲劳强度，使整个驾驶过程变得舒适、轻松和简便，降低了交通事故发生概率、提高了行车安全性。此外，使燃油的供给和发动机功转速处于最佳配合状态，减少有害气体排放，有效降低燃油消耗，提高汽车的经济性和环保性，减少磨损延长寿命。 汽车巡航控制系统地应用及发展趋势 摘要：汽车巡航控制系统(Cruise Control System 或CCS,又称车辆速度控制系统,是指在一定地车速范围内,驾驶员不用操控油门而能 使汽车保持设定地速度行驶地控制装置.采用了巡航控制系统地汽车,驾驶员不用控制加速踏板,降低了驾驶疲劳,提高了行驶安全性和燃 油经济性.本文介绍了汽车巡航控制系统地原理.功能及应用情况,对比了国内外汽车巡航控制系统地发展水平.同时对该系统地发展趋势做出了预测. 关键词：汽车；巡航控制系统；应用；发展趋势 0 引言 近年来,随着现代汽车控制技术和高速公路地飞速发展,在世界各国特别是发达国家,无论是运输业还是个人,汽车都已成为长距离运输地主要交通工具.在大陆型地国家,驾驶汽车长途行驶地机会较多,在高速公路上长时间行驶时,驾驶员长时间操纵加速踏板而得不到活动,容易造成腿部肌肉疲劳强度加大,甚至腿部会抽筋,失去制动能.汽车巡航控制系统(CCS)就是为解决此问题而诞生地. 1 汽车巡航控制系统简介 1.1 定义 汽车巡航控制系统,简称CCS,根据其特点一般又称为“巡航行驶 装置”.“速度控制系统”.“自动驾驶系统”等.汽车巡航控制系统(CCS)就是可使汽车工作在发动机有利转速范围内,减轻驾驶员地驾驶操纵劳动强度,提高行驶舒适性地汽车自动行驶装置[1].汽车在行驶中通过操纵调整开关,驾驶员不必踩踏油门调整车速,汽车也能以设定地车速进行定速行驶. 采用了汽车巡航控制系统（CCS）地车辆在行驶中,由于驾驶员无需踩踏加速踏板,尤其是装有自动变速器地汽车,因不需使用离合器,只需手握方向盘就可轻松驾驶,将驾驶员地右脚解放出来了,大大减轻了驾驶员地疲劳强度,使整个驾驶过程变得简便.轻松和舒适,降低了交通事故发生地几率.提高了行车地安全性. 此外,使用汽车巡航控制系统（CCS）后,在同样地行驶条件下,对一个有经验地驾驶员来说,可节约燃油15％[2].这是因为CCS系统中使用速度稳定装置后,可使汽车燃油地供给与发动机功率间地配合处于最佳状态,有效降低燃油消耗,减少有害气体排放,提高汽车地经济性和环保性. 1.2 功能 1.2.1 车速设定功能.当在高速公路上长时间稳定行驶时,在路况良好.分到行车.无人流地情况下,可按下“设定”开关,设定一个稳定行驶地车速,驾驶员无须操控油门和换挡,汽车一直以这一车速稳定运行. 1.2.2 消除功能.当驾驶员踩下制动踏板时,车速设定功能立即消失,驾驶员要用常规方法操作驾驶,直到再按另外地功能开关为止. （4）巡航控制系统还有定速和主动之分 定速巡航控制系统是轿车中一个比较常见的配置，它使长途驾驶更为轻松。 主动巡航控制类似于传统的巡航控制，同样是保持设定的车速，不同的是新系统能够自动调节车速以保证与前车有足够的安全距离。主动巡航控制系统（Adaptive Cruise Control，简称ACC），系统主要由雷达传感器、方向角传感器、轮速传感器、制动控制器、扭矩控制器和发动机控制器等组成。 在驾驶过程中，驾驶者设定所希望的车速，系统利用低功率雷达或红外线光束得到前车的确切位置，如果发现前车减速，系统就会发送执行信号给发动机或制动系统来降低车速使车辆和前车保持一个安全的行驶距离，当前方道路没车时又会加速恢复到设定的车速。由于车辆不仅仅在直线行使，也要考虑在弯道中的使用。在多车道公路上行驶时，系统根据方向盘转动的角度可以识别自己所在车道上的车辆和相邻车道的车辆，避免出现错误判断。 此外，系统工作时，它与前方车辆的距离以秒衡量而不是米，这将确保系统在目前的行驶速度下有足够的反应时间。带启停式行车功能的主动巡航控制系统令驾驶更加轻松和安全。如需调整速度，系统则依据动态稳定控制系统和导航系统的数据计算出需要的安全速度。 现在的主动巡航控制系统（ACC）提供两种控制模式——定速控制和车距控制。车距控制通过车载雷达探测前车距离，雷克萨斯的主动巡航控制系统有三个距离设置，在车速为80公里/小时的时候，系统自动调节车速，和前车距离维持在15米至25米之间。目前，国内销售的雷克萨斯车型中很多都装备了主动巡航控制系统（ACC）。 宝马装备主动巡航控制系统的车型还不多，目前仅为BMW3系列双门轿跑车，它装备的主动巡航控制系统功能和雷克萨斯的相近，系统有四个距离设置，高精度的毫米波的雷达可以探测到前方150米的车辆，使用的速度范围为30公里／小时至180公里／小时。 主动巡航控制系统代替司机控制车速，避免了频繁的取消和设定巡航控制，使巡航系统适合于更多的路况，为驾驶者提供了一种较为轻松的驾驶方式。 主动巡航控制系统繁忙的公路和高速公路上的行驶变得更加轻松。它在可能 课程设计报告设计题目变速积分PID控制系统设计课程名称计算机控制技术B 姓名苏丹学号2008100731 班级自动化0803 教师闫高伟 设计日期2011年7月5日 目录 摘要............................................................ 错误!未定义书签。Abstract .. (4) 第1章数字PID及变速积分简介.................................... 错误!未定义书签。 1.1 数字PID发展介绍 (1) 1.2 PID控制器工作原理 (2) 1.2.1 模拟式PID控制算法.................................. 错误!未定义书签。 1.2.2 数字式PID控制算法 (3) 1.3 变速积分简介............................................... 错误!未定义书签。第2章系统分析与设计............................................ 错误!未定义书签。 2.1 系统功能分析............................................... 错误!未定义书签。 2.1.1 对象整体分析 (5) 2.1.2系统分析与设计与系统开环增益 (6) 2.2计算机系统选择分析 (6) 2.2.1 8088CPU简介 (6) 2.2.2 其余模块的使用 (7) 2.3 软件设计分析 (12) 第3章硬件设计与软件编程 (12) 3.1 硬件设计 (12) 3.1.1 系统方框图 (12) 3.1.2 线路原理图 (12) 3.2 软件编程 (13) 3.2.1 软件流程图 (14) 3.2.2 程序源代码 (21) 第4章设计仿真与运行分析 (21) 4.1 结果分析 (21) 4.2 matlab仿真 (22) 总结.............................................................................错误!未定义书签。附录....... (26) 附录1 线路原理图 (28) 附录2 TDN-AC/ACS＋教学实验系统介绍 (28) 附录3 参考资料 (30) 审定成绩：____________ 单位（系别）：_ __________ 学生姓名：__ __________ 专业：_ __________ 班级：_ _________ 学号：_ ________ 指导教师：_________________ 填表时间：2016 年06 月 摘要 本文论述了汽车定速巡航系统（CRUISE CONTROL SYSTEM）的作用、原理、使用功能，系统构成，具体应用，注意事项，未来的发展趋势，做更深一层的解析，从而去探索研究改进方法，以完善汽车定速巡航系统（CCS）。 汽车巡航控制系统是一种汽车辅助驾驶系统，英文名为Crusic Control System（CCS）,可以在40—200km/h的车速范围内启动该系统中，认为的设定一个车速，巡航控制系统就会根据行驶阻力的变化，自动增减节气门开度，使车保持一定车速，驾驶员将不需要操控油门，只要把握方向盘即可，从而大大减轻了驾驶员的疲劳强度和节省了燃油，同时还能减少交通事故的发生，系统即可自动控制汽车恒速行驶。因此，汽车巡航控制系统又称为“恒速控制系统”。关键词：巡航原理、巡航应用、，系统构成。 目录 摘要 (2) 引言 (1) 第一章汽车巡航控制系统简介 (2) 一、定义 (2) 二、作用 (2) 三、功能 (2) 四、汽车巡航控制系统的类型 (2) 第二章巡航系统的基本原理和构成 (3) 一、巡航系统的基本原理 (3) 二、巡航系统的基本构成 (3) 第三章巡航控制系统的硬件 (4) 第四章巡航控制系统的软件 (10) 第五章注意事项 (1) 第六章巡航控制的使用 (1) 总结 (1) 参考文献 (2) 汽车自动巡航控制系统(上) 随着社会的发展与进步，人们对汽车行驶安全性、舒适性的要求越来越高。为了满足人们的需求，汽车电子化程度也越来越高，特别是微处理器进入汽车控制领域后，给汽车发展带来了划时代的变化，汽车的动力性、操作稳定性、安全性、燃油经济性及尾气的排放都得到了大幅改善。 随着汽车工业和公路运输业的发展，以及非专业司机的不断增加，车辆驾驶的自动化己成为汽车发展的主要趋势之一。人们需要更加舒适、简便和安全的交通工具，以适应快速的生活节奏，因此对汽车智能化的要求更加迫切，汽车自动巡航控制系统可以有效地减轻长途驾驶的疲劳，是提高舒适性和趣味性的重要方法之一。 1 汽车自动巡航控制系统概述 1．1 国外汽车自动巡航技术发展现状 汽车自动巡航控制系统(Autonomous cruise Control System，Accs)是当汽车在高速公路上行驶时，驾驶员即使不踏加速踏板，汽车仍可以按驾驶员所希望的车速自动保持行驶功能。汽车自动巡航控制系统根据驾驶员设定的目标车速和车辆行驶阻力的变化，自动调节节气门开度，以使车辆达到按目标车速自动行驶的目的。汽车自动巡航控制系统除了维持车辆按驾驶员所希望的车速行驶外，还具备加速、减速和恢复的功能。在汽车自动巡航控制状态下，如果踏下制动踏板或操纵巡航控制取消开关，则可自动解除巡航功能，如果重新按下恢复开关，则恢复解除前的固定的车速。在巡航控制期间，随着道路坡度的变化以及汽车行驶所可能遇到的阻力，车辆自动变换节气门开度或自动进行档位转换，以按存储在微处理器的最佳燃料经济性规律或动力性规律稳定行驶。运用该系统可以减轻驾驶员因长时间控制节气门而产生的疲劳，从而减少或避免交通事故的发生；同时可避免不必要的节气门振动，从而改善了汽车的经济性；提高车流量和运输生产率，并在一定程度上提高了汽车的动力性和乘坐舒适性。 国外研发汽车自动巡航控制系统起步很早，其发展过程主要经历了三个阶段： 第一阶段是20世纪60～70年代中期，早期的汽车巡航控制系统主要是机械式和气动机械式巡航控制系统。例如，日本丰田公司从1965年起就开始在车上装用机械式巡航控制系统。之后，德国的VD0公司也研制出了气动机械式巡航控制系统。而1968年德国奔驰公司开发了晶体管控制的巡航控制系统，并在莫克利汽车上装用，这期间美国和日本相继出现了以模拟电路为基础的汽车巡航控制系统。 PID 控制器设计 PID 控制器设计 被控制对象的建模与分析 在脑外科、眼科等手术中，患者肌肉的无意识运动可能会导致灾难性的后果。为了保证合适的手术条件，可以采用控制系统自动实施麻醉，以保证稳定的用药量，使患者肌肉放松，图示为麻醉控制系统模型。 图1结构框图 被控制对象的控制指标 取τ=0.5，k=10,要求设计PID 控制器使系统调节时间t s ≤8s,超调量σ％不大于15％，并且输出无稳态误差。 控制器的设计 PID 控制简介 PID 控制中的积分作用可以减少稳态误差, 但另一方面也容易导致积分饱和, 使系统的超调量增大。 微分作用可提高系统的响应速度, 但其对高频干扰特别敏感, 甚至会导致系统失稳。 所以, 正确计算控制器的参数, 有效合理地实现 PID 控制器的设计,对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。 在PID 控制系统中, PID 控制器分别对误差信号e （t ）进行比例、积分与微分运算, 其结果的加权和构成系统的控制信号u （t ），送给对象模型加以控制。 PID 控制器的数学描述为 其传递函数可表示为: 1 1.0) 1.0(++s s k τ )1.0()15.0(1 2++s s 控制器 人 药物 输入 R(s ) 预期松弛程度 C(s) 实际松弛程度 + - 从根本上讲, 设计PID 控制器也就是确定其比例系数Kp 、积分系数T i 和微分系数T d , 这三个系数取值的不同, 决定了比例、积分和微分作用的强弱。控制系统的整定就是在控制系统的结构已经确定、控制仪表和控制对象等处在正常状态的情况下, 适当选择控制器的参数使控制仪表的特性和控制对象的特性相配合, 从而使控制系统的运行达到最佳状态, 取得最好的控制效果。下面介绍基于MATLAB 的 Ziegler-Nichols 算法PID 控制器设计。 原系统开环传递函数G(s)=)1.0)(15.0)(11.0(10 +++s s s 做原系统零极点图 图2原系统零极点图 《汽车电子》课程设计说明书设计题目: 汽车定速巡航控制系统模拟设计学院名称: 专业: 姓名: 学号: 指导老师: 2013年12月 目录 第1章课题分析 (2) 第2章模拟方案设计 (4) 第3章系统硬件设计 (4) 3、1 系统总体电路图 (5) 3、2主要元器件简介 (5) 3.2.1 AT89C51芯片简介 (5) 3.2.2 ADC0808芯片简介 (7) 第4章系统软件设计 (9) 4、1 主程序流图 (9) 4、2汇编程序源代码 (10) 第5章系统仿真结果 (12) 参考文献 (15) 课程设计小结 (16) 第1章课题分析 定速巡航系统(CRUISE CONTROL SYSTEM) 缩写为CCS,又称为定速巡航行驶装置,速度控制系统,自动驾驶系统等。其作用就是: 按司机要求的速度合开关之后,不用踩油门踏板就自动地保持车速,使车辆以固定的速度行驶。采用了这种装置,当在高速公路上长时间行车后,司机就不用再去控制油门踏板,减轻了疲劳,同时减少了不必要的车速变化,可以节省燃料。其中现在比较普遍的有两种控制方式,一种就是最新电子式,一种就是机械控制式。较我们的课题而言,最新电子式的工作原理及其控制系统就是我们需要研究的。 工作过程:最新电子油门定速巡航的工作过程更加智能化与精确化,就是通过定速巡航系统控制电子油门传感器输出的信号,控制节气门开启大小的调整,来实现对车辆速度的控制。定速巡航功能开启后,定速巡航模块会通过电子油门传感器输出的信号,精确计算为保持当前定速巡航速度,需要控制节气门开启的角度大小,从而使得气、油精确配合,来达到定速巡航所设定的行驶速度,完全摒弃了传统的机械部分控制,已达到控制更精准、安全的效果。 最新电子式定速巡航的各个功能的工作原理如下: (1)定速巡航功能:主要就是通过巡航控制组件读取车速传感器发来的脉冲信号与设定的速度进行比较,通过精准的电子计算发出指令,保证车辆在设定速度下的最精准供油量。 (2)电子节油功能:主要就是通过智能优化控制节气门的开启角度与开启时间,有效屏蔽电子油门传感器由于颠簸路段及不良驾驶习惯形成的杂乱信号,经过精确计算喷油量,使燃油得到最充分燃烧,来实现节油。 (3)油门加速功能:主要就是通过提高节气门响应灵敏度实现的,当系统发现司机有加速意愿时,会驱动节气门尽可能快的打开,这样就使油门响应的敏感度得到了提高。在油门踏板被踩下时,控制器会根据踩下幅度、时间计算油门信号的变化率,变化越快,说明加速要求越强烈,最终实现油门响应速度更快,整车的动力感会明显增加,能够让司机感觉到整车动力大大提升。 (4)限速设定功能:通过控制器,根据限定的速度值,设定输出油门信号最大值,当油门输出信号超不过设定的最大值,来实现限制速度的目的。 (5)刹车故障报警功能:通过采取刹车电路的信号,当刹车电路或刹车保险故障时,会通过告警的方式对司机进行提示。 在现在的中高档的轿车中都应用到定速巡航系统。我们本次的课程设计所做的汽车定速巡航控制系统模拟设计将对其中的原理与控制有更加清楚的认识,对我们将来从事汽车电子 车辆自适应巡航控制系统()设计与分析 65090617付裕 一、引言 系统全称就是自适应巡航控制系统，它是一种智能化的行车自动控制系统，它是在早已存在的定速巡航控制技术的基础上发展而来的。在行驶过程中，安装在车辆前部的车距传感器会持续扫描车辆前方道路,同时轮速传感器采集车速信号。当与前面的车之间的距离过小时（这可以在车内设定距离），控制单元可以通过与制动防抱死系统、发动机控制系统协调动作，使车轮适当制动，并使发动机的输出功率下降，同时车内音响会发出警报声音提醒走神的驾驶员注意，它能有效的防止追尾这类事故的发生。本文将通过连续系统设计与分析的知识对系统进行分析。 二、研究对象工作过程和要求描述 1.控制原理： 电控单元有两个输入信号，当测出的实际车速高于或低于驾驶员调定的车速时，电控单元将这两种信号进行比较，得出两信号之差，即误差信号，再经放大、处理后成为油门控制信号，送至油门执行器，驱动油门执行器动作，调节发动机油门开度，以修正两输入车速信号的误差，从而使实际车速很快恢复到驾驶员设定的车速，并保持恒定。 2.系统框图如下： 三、被控对象的数学模型建立 m ——汽车质量 g ——重力加速度 f ——滚动阻力系数 C ——空气阻力系数 A ——等效迎风面积 r ——轮胎半径 ——变速器速比 ——主减速器速比 η——传动效率 当获取了自适应巡航状态下的速度控制目标后，整车期望转矩 四、控制系统的控制器模型设计 经查询资料可知发动机工作模式下的传递函数如下 综合查询的数据与发动机、变速箱、节气门控制器等传递函数可得，系统的传递函数如下 五、仿真结果单位阶跃响应： 伯德图 基于MATLAB的PID 控制器设计 基于MATLAB的PID 控制器设计 一、PID控制简介 PID控制是最早发展起来的经典控制策略, 是用于过程控制最有效的策略之一。由于其原理简单、技术成，在实际应用中较易于整定, 在工业控制中得到了广泛的应用。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型,只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数, 经过经验进行调节器参数在线整定, 即可取得满意的结果, 具有很大的适应性和灵活性。 积分作用:可以减少稳态误差, 但另一方面也容易导致积分饱和, 使系统的超调量增大。 微分作用:可提高系统的响应速度, 但其对高频干扰特别敏感, 甚至会导致系统失稳。 所以, 正确计算控制器的参数, 有效合理地实现 PID控制器的设计,对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。 在PID控制系统中, PID控制器分别对误差信号e（t）进行比例、积分与微分运算, 其结果的加权和构成系统的控制信号u（t），送给对象模型加以控制。 PID控制器的数学描述为 其传递函数可表示为: 从根本上讲, 设计PID控制器也就是确定其比例系数Kp、积分系数T i 和微分系数T d , 这三个系数取值的不同, 决定了比例、积分和微分作用的强弱。控制系统的整定就是在控制系统的结构已经确定、控制仪表和控制对象等处在正常状态的情况下, 适当选择控制器参数使控制仪表的特性和控制对象的特性相配合, 从而使控制系统的运行达到最佳状态, 取得最好的控制效果。 二、MATLAB的 Ziegler-Nichols算法PID控制器设计。 1、PID控制器的Ziegler-Nichols参数整定 在实际的过程控制系统中, 有大量的对象模型可以近似地由一阶模型 来表示。这个对象模型可以表示为 sL - e sT 1 K G(s) + = 如果不能建立起系统的物理模型, 可通过试验测取对象模型的阶跃响应, 从而得到模型参数。当然, 我们也可在已知对象模型的情况下, 利用MATLAB，通过使用step ( ) 函数得到对象模型的开环阶跃响应曲线。在被控对象的阶跃响应中, 可获取K 、L 和T参数, 也可在MATLAB中由dcgain ( ) 函数求取 K值。 《汽车电子》课程设计说明书 设计题目：汽车定速巡航控制系统模拟设计学院名称： 专业： 姓名： 学号： 指导老师： 2013年12月 目录 第1章课题分析 (2) 第2章模拟方案设计 (4) 第3章系统硬件设计 (4) 系统总体电路图 (5) 主要元器件简介 (5) 3．2．1 AT89C51芯片简介 (5) 3．2．2 ADC0808芯片简介 (7) 第4章系统软件设计 (9) 主程序流图 (9) 汇编程序源代码 (10) 第5章系统仿真结果 (12) 参考文献 (15) 课程设计小结 (16) 第1章课题分析 定速巡航系统(CRUISE CONTROL SYSTEM) 缩写为CCS,又称为定速巡航行驶装置，速度控制系统,自动驾驶系统等。其作用是：按司机要求的速度合开关之后，不用踩油门踏板就自动地保持车速，使车辆以固定的速度行驶。采用了这种装置，当在高速公路上长时间行车后，司机就不用再去控制油门踏板，减轻了疲劳，同时减少了不必要的车速变化，可以节省燃料。其中现在比较普遍的有两种控制方式，一种是最新电子式，一种是机械控制式。较我们的课题而言，最新电子式的工作原理及其控制系统是我们需要研究的。 工作过程：最新电子油门定速巡航的工作过程更加智能化和精确化，是通过定速巡航系统控制电子油门传感器输出的信号，控制节气门开启大小的调整，来实现对车辆速度的控制。定速巡航功能开启后，定速巡航模块会通过电子油门传感器输出的信号，精确计算为保持当前定速巡航速度，需要控制节气门开启的角度大小，从而使得气、油精确配合，来达到定速巡航所设定的行驶速度，完全摒弃了传统的机械部分控制，已达到控制更精准、安全的效果。 最新电子式定速巡航的各个功能的工作原理如下： （1）定速巡航功能：主要是通过巡航控制组件读取车速传感器发来的脉冲信号与设定的速度进行比较，通过精准的电子计算发出指令，保证车辆在设定速度下的最精准供油量。 （2）电子节油功能:主要是通过智能优化控制节气门的开启角度与开启时间，有效屏蔽电子油门传感器由于颠簸路段及不良驾驶习惯形成的杂乱信号，经过精确计算喷油量，使燃油得到最充分燃烧，来实现节油。 （3）油门加速功能:主要是通过提高节气门响应灵敏度实现的，当系统发现司机有加速意愿时，会驱动节气门尽可能快的打开，这样就使油门响应的敏感度得到了提高。在油门踏板被踩下时，控制器会根据踩下幅度、时间计算油门信号的变化率，变化越快，说明加速要求越强烈，最终实现油门响应速度更快，整车的动力感会明显增加，能够让司机感觉到整车动力大大提升。 （4）限速设定功能:通过控制器，根据限定的速度值，设定输出油门信号最大值，当油门输出信号超不过设定的最大值，来实现限制速度的目的。 （5）刹车故障报警功能:通过采取刹车电路的信号，当刹车电路或刹车保险故障时，会定速巡航系统故障两例解决方法
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根据SIMULINK的PID自动控制控制器设计与仿真
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巡航控制系统还有定速和主动之分
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