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控制系统的建模与仿真

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系统的建模与仿真在混合动力汽车的讨论中的应用

一、对系统建模与仿真的熟悉

1、计算机仿真技术的概念和特点

仿真技术是计算机技术的一种，它的产生和进展有着深厚的工程实际应用背

景。所谓仿真，就是指通过讨论一个能代表所讨论对象的模型来代替实际对象的

讨论。计算机仿真就是在计算机上用数字形式表达实际系统的运动规律。

计算机仿真技术具有如下特点：

（1）采用对系统和过程的仿真模拟方法取代传统的试验方法，可以节约大

量人力物力，同时还能提高开发效率，缩短开发时间。

（2）加强了对过程特性的讨论和分析，即逐步以动态分析方法取代传统的

静态分析方法，使建立的数学模型更加接近实际的系统或过程，精确

性提高。

（3）对单个部件的仿真和对整个系统的仿真使得人们对部件特性和系统特

性均能进行比较详尽的讨论，可对产品开发和改进供应方向性指导。

（4）最优化方法的广泛应用，包括最优化设计和最佳工况调整和掌握等，

大大提高了系统设计和过程掌握的质量。

（5）变以往的典型工况设计为全过程工况设计，提高了系统的牢靠性、可

调性和系统运行的效率。

2、建模方法

系统模型的建立是系统仿真的核心问题。系统模式是实际系统或过程在某些

方面特性的一种表现形式，它能反映出系统和过程的行为特性。围围着系统应当

有什么样的模型，如何建立或猎取模型以及所建模型是否真实地反映了实际系统

运行特性等问题，人们绽开了大量的工作。

系统建模方法主要有机理建模方法和辨识建模方法两种。

（1）机理建模方法

机理建模方法就是依据实际系统工作的物理过程的机理，在某种假定的条件

下，依据相应的理论（如质量守恒、能量守恒定律，运动学、动力学、热力学、

流体力学的基本原理等），学出代表其物理过程的方程，结合其边界条件于初始

条件，再采纳适当的数学处理方法，来得到能够正确反映对象动静态特性的数学

模型。其模型形式有代数方程、微分方程、查分方程、偏微分方程等，系统可以

是线性系统、非线性系统、离散系统、分布参数系统等。

（2）辨识建模方法

辨识建模方法就是采纳系统辨识技术，依据系统实际运行或试验过程中所取

得的输入、输出数据，采用各种辨识算法来建立模型的动静态数学模型，近十几

年来，尤其是近几年，系统辨识技术得到飞速进展。

系统辨识有四个方面的主要讨论内容：系统辨识的试验设计，系统模型结构

辨识，系统模型参数辨识（也叫参数估量），系统模型检验。依据问题的讨论性

质不同，系统辨识可以分为：线性系统辨识，非线性系统辨识，静态（稳态）系

统模型辨识，动态系统模型辨识，连续系统辨识，离散系统模型辨识。 二、混合动力汽车的建模与仿真 混合动力汽车系统的结构构件图如下图所示:

混合动力汽车掌握系统的讨论主要是建立在数学模型的基础上的，主要是对

整车系统中的发动机、电动机、蓄电池、离合器和变速器模块以及汽车动力学模

型进行建仿照真。

汽车动力学模块主要是依据牛顿定理的学问建立数学模型，发动机仿真模型

的建立可以采纳数学模型描述法和数据查表法相结合的方法，大量讨论表明，发

动机的外特性和负载特性可以表示为发动机节气门开度α和发动机转速n的函数。

实际中多采纳高阶多项式近似方程来对发动机试验数据进行拟合，构造发动机稳

态输出转矩、油门开度以及发动机转速的关系，进而查表求得其油耗和排放。电

动机模型只需考虑其输入、输出量，而不必考虑其内部工作机制，即假定电动机

掌握器/逆变器总能按需求掌握电机以实现指定的输入量和输出量的关系。主要

用到的数学模型是应用克希荷夫其次定律（电流节点定律），建立q轴、d轴定

子、转子电流方程组计算得到电机的电磁转矩。蓄电池组模型包括三个主要子模

块：电池组温度计算模块、电池组SOC值计算模块及电池组电压计算模块，蓄

电池组模型输入为电力附件需求电流，输出为电池组端电压。

整车系统中各个模块的模型建立后，在matlab中的advisor环境下，通过对

其中已建好的模型进行修改，载入自己建立的系统模型，同时还需要编写一些相

应的m文件，然后就可以进行仿真对比试验，以获得期望达到的效果。

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HVDC控制系统建模仿真分析

HVDC控制系统建模仿真分析

HVDC控制系统建模及仿真分析

【摘 要】 高压直流输电（hvdc）具有送电距离远、经济性好等优点，成为我国重要的区域联网方式。本文介绍了高压直流输电系统的基本结构和工作原理，重点探讨了高压直流输电极控制系统的主要功能，运用仿真软件pscad/emtdc对高压直流输电系统中极控系统的最主要功能进行了数学建模，并给出了仿真波形和结论分析。

【关键词】 高压直流输电 极控系统 pscad/emtdc 控制特性

仿真分析

1 绪论

直流输电 （hvdc）的发展历史到现在已有百余年了，其在输电技术发展初期曾发挥作用，但存在直流电机串接运行复杂，高电压大容量直流电机存在换相困难等技术问题，发展进展缓慢[1]。近年，随着电力电子技术、计算机技术和控制理论的迅速发展，晶闸管逐渐淘汰汞弧阀，使高压直流输电技术日趋完善，建设费用不断下降，可靠性提高，直流输电越来越显示出它的重要性，目前在大功率远距离输电、交流系统间异步联接等方面都得到了广泛的应用[2，3]。

2 高压直流输电系统原理

2.1 换流器的基本原理

换流器的功能是实现交流-直流或者直流-交流的变换。交流发电机发出的交流电力，送到换流站，经过换流变压器变压和实现电

隔离之后，接到换流器，将交流转换成直流，通过直流平波电抗器和输电线路送到线路另一端的换流站，再变换成交流电供给受端系统中的负荷[4，5]。

2.2 换相失败的原理

在直流输电系统中，由于整流器阀在电流关断后的较长时间内处于反向电压下，所以仅当触发电路发生故障时，整流器才发生换相失败。直流输电系统中大部分换相失败都发生在逆变器，换相失败是逆变器最常见的故障[6]，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆[7]。

金刚石压机压力控制系统的建模与仿真

金刚石压机压力控制系统的建模与仿真

数控技术　ｌ数字技术　ｆ　；　鬲　

金刚石压机压力控制系统的建模与仿真　

陈勇钢何少佳　

（桂林电子科技大学机电工程学院广西桂林５４１００４）　

摘要：分析了人造金刚石压机压力控制系统的构成及其控制特性，建立了压机压力控制系统的数学模型和仿真模型。由于该系统参数拥有大　时变性，常规ＰＩＤ控制缺乏适应性，压力控制效果比较差。为了解决这一问题，设计了一种模糊自适应ＰＩＤ控制器，并在ＭＡＴＬＡＢ环境下进行仿真　

实验，仿真结果和理论实践表明，该方法响应速度快，控制精度高，自适应性强，使系统具有更好的动态特性和稳定性，有效的保持了压力的稳定。　

关键词：金刚石压机数学建模模糊ＰＩＤ控制ＭＡＴＬＡＢ仿真　中图分类号：ＴＰ２３７．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—９４１６（２０１３）０２—０００１２—０２　

目前，我国主要采用六面顶压机在超高温高压的条件下合成金　

刚石单晶及其复合片、开发新材料口】。六面顶压机压力控制的稳定性　

是决定生产效果的重要因素，传统的压机控制系统采用ＰＩＤ控制　

器缺乏适应性，对人造金刚石压机这类压力时变系统的控制效果很　

差，控制精度不高。本文分析了金刚石压机压力控制系统的构成和　

特点，建立了压力控制系统的数学模型和仿真模型，采用模糊ＰＩＤ　

的控制方式，从仿真结果来看达到了超调量小，精度高，自适应性好　

的控制效果。　

１压力控制系统的建模　

１．１轴向柱塞泵的数学模型　

１：作　

豳１　控制系统的结构模型圈　

图２模糊ｌａｉＤ调节器结构框图　

图３压力控制系统仿真模型　根据金刚石压机压力控制系统的构成建立系统模型如图１所　

示，主要由轴向柱塞泵、增压器和工作油缸以及相关的油路管道组　

成【２】１如图ｌ：　

依据轴向柱塞泵的工作原理　，设柱塞直径为ｄ，柱塞数为Ｚ，　

柱塞中心分布圆直径为Ｄ，斜盘倾角为Ｙ，则泵的流量为：　

Ｑ＝÷　ＺＤｔａｎ　７７／Ｐ　‘，ｚ　（１）　

上式中１５１为泵的转速，ｒ１…为泵的容积效率。　

增压器的压力为：　

对汽车控制系统建模与仿真

对汽车控制系统建模与仿真

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。

异步电动机哈密顿控制系统的建模与仿真

异步电动机哈密顿控制系统的建模与仿真

第２１卷第１期　２　０　０　６年３月　青岛大学学报（工程技术版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＱＩＮＧＤＡＯ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｅ＆Ｔ）　ＶｏｌＩ　２１　Ｎｏ．１　Ｍａｒ．２　０　０　６　

文章编号：１００６—９７９８（２００６）０１—００３３　０６　

异步电动机哈密顿控制系统的建模与仿真　

王海亮　，于海生ｈ　

（１．青岛大学自动化工程学院，山东青岛２６６０７１；２．山东大学控制科学与工程学院，济南２５００６１）　

摘要：采用哈密顿系统理论对异步电动机进行建模与速度控制。应用端口受控哈密顿系　

统理论，建立了异步电动机的非线性ＰＣＨ数学模型及仿真模型，设计了系统的控制器和　

负载转矩观测器，分析了系统平衡点的稳定性。在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中，搭建异步电动机　哈密顿控制系统的仿真模型。仿真结果表明，所提出的方案对负载扰动具有很强的鲁棒　

性。　关键词：哈密顿系统；异步电动机；建模；控制；仿真　

中图分类号：ＴＭ３５１　文献标识码：Ａ　

随着现代电力电子技术和控制技术的发展，异步电机因其结构简单，运行可靠，性能优良等优点在交流　调速系统中得到了广泛地应用＿１］。但是，由于异步电机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，使得异步　

电机的控制问题变得复杂。随着工业上对调速系统性能指标要求的不断提高，以及控制理论的发展，各种非　线性控制理论不断应用到异步电机控制系统的设计中，如反馈线性化控制［２］、反步控制［３］、无源性控制＿４　等　

方法。近年来，端口受控哈密顿（ＰＣＨ，Ｐｏｒｔ—Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ）系统理论受到高度重视【５　］，该方法的　

主要特征是系统具有哈密顿结构，闭环系统的哈密顿函数可作为Ｌｙａｐｕｎｏｖ（存储）函数，从而使系统的稳定　

性分析和控制器设计更容易。本文应用哈密顿系统理论　］，建立异步电机的ＰＣＨ系统模型，针对负载转矩　已知、未知情况，采用ＰＣＨ系统控制器的设计方法，研究异步电动机的速度控制问题。基于模块化建模工