Matlab 汽车运动控制系统设计

基于MATLAB的汽车制动系统设计杨东（昆明理工大学交通工程学院昆明 650500）摘要：本课题以汽车制动控制系统的设计为应用背景，利用MATLAB语言并结合制动理论，开发能进行制动系匹配设计进行设计与仿真。

首先对汽车的运动原理进行分析，建立控制系统模型，确定期望的静态指标(稳态误差)和动态指标(超调量和上升时间)，最终应用MATLAB环境下的M文件来实现汽车运动控制系统的设计。

其中M文件用step( )语句来绘制阶跃响应曲线，根据曲线中指标的变化进行PID校正。

关键词：PID 校正；制动系；匹配设计；稳态误差；最大超调量1引言随着国民经济的快速发展，道路条件得到不断改善，高速公路与日俱增，汽车速度普遍提高。

近年来，由于国内汽车保有量的迅速增长（超过４０００万辆），交通事故频繁发生，汽车的安全性能受到普遍重视。

汽车制动系统的结构和性能直接关系到车辆、人员的安全，是决定车辆安全性的主要因素。

进行汽车运动性能研究时．一般从操纵性、稳定性和乘坐舒适性等待性着手。

但近年来．随着交通系统的日趋复杂，考虑了道路环境在内的汽车运动性能开始受到关注。

因此，汽车运动控制系统的研究也显得尤为重要。

在现代控制工程领域中，最为流行的计算机辅助设计与教学工具软件是MATLAB语言。

它是一种通用的科技计算、图形交互系统和控制系统仿真的程序语言。

在可以实现数值分析、优化、统计、自动控制、信号及图像处理等若干领域的计算和图形显示功能[1]。

非常适合现代控制理论的计算机辅助设计。

MTALAB还提供了一系列的控制语句[2,3]，这些语句的语法和使用规则都类似FORTRAN、C等高级语言，但比高级语言更加简洁。

它已经成为国际控制界最为流行的计算机辅助设计及教学工具软件，在科学与工程计算领域有着其它语言无与伦比的优势。

2 汽车制动系的匹配设计2．1确定设计目标2．1．1车辆类型及整车质量参数首先要明确设计车辆的类型及相关的整车质量参数，这些内容由总布置给出。

【车辆状态估计中的三自由度模型】在车辆状态估计中，三自由度模型是一个重要的概念。

本文将围绕车辆状态估计中的三自由度模型展开讨论，以帮助读者更好地理解和掌握这一主题。

1. 什么是三自由度模型？三自由度模型是描述车辆在运动过程中的姿态和状态的简化模型。

它将车辆的运动分解为三个自由度，分别是横摆、纵向加速度和侧向加速度。

通过对这三个自由度的建模和估计，可以有效地推断车辆的姿态和状态，为车辆控制和导航提供重要的信息。

2. 在状态估计中的作用三自由度模型在车辆状态估计中扮演着至关重要的角色。

通过对横摆、纵向加速度和侧向加速度的估计，可以实时地监测和预测车辆的姿态变化，为车辆的稳定性控制提供重要数据支持。

三自由度模型还可以用于估计车辆的位置和速度，对车辆导航和路径规划起到关键作用。

深入理解和应用三自由度模型对于提高车辆状态估计的准确性和可靠性至关重要。

3. 在MATLAB中的实践应用MATLAB作为一种功能强大的计算工具，在车辆状态估计中有着广泛的应用。

通过利用MATLAB的仿真和建模功能，可以对车辆的三自由度模型进行详细的分析和模拟。

MATLAB还提供了丰富的工具包和函数库，可以帮助工程师们快速地实现对车辆状态估计的算法设计和验证。

熟练掌握MATLAB在车辆状态估计中的应用，对于理解和应用三自由度模型具有重要意义。

4. 个人观点和总结在我看来，三自由度模型在车辆状态估计中扮演着不可替代的角色。

通过对车辆运动的三个关键自由度进行建模和估计，可以为车辆的控制、导航和路径规划提供重要的信息支持。

我也意识到在实际应用中，对三自由度模型的深入理解和准确建模是非常具有挑战性的。

我将继续深入学习和实践，以期更好地掌握和运用三自由度模型在车辆状态估计中的关键技术。

三自由度模型是车辆状态估计中的重要概念，它对于车辆的姿态和状态推断具有重要作用。

通过在MATLAB中的实践应用和个人观点的共享，我希望读者能够对三自由度模型有一个更加全面、深入和灵活的理解。

《运动控制系统》课程设计报告时间 2014.10_学院自动化_专业班级自1103 _姓名曹俊博 __学号 41151093指导教师潘月斗___成绩_______摘要本课程设计从直流电动机原理入手，建立V-M双闭环直流调速系统，设计双闭环直流调速系统的ACR 和ASR结构，其中主回路采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，触发器采用KJ004触发电路，系统无静2021.03.09差；符合电流超调量σi≤5%；空载启动到额定转速超调量σn≤10%。

并详细分析系统各部分原理及其静态和动态性能，且利用Simulink对系统进行各种参数给定下的仿真。

关键词：双闭环；直流调速；无静差；仿真AbstractThis course is designed from DC motor, establish the principles of V-M double closed loop DC speed control system design, the double closed loop dc speed control system and the structure, including ACR ASR the main loop thyristor three-phase bridge type all control the power supply and trigger the rectifier circuit KJ004 trigger circuit, the system without the static poor; Accord with current overshoots sigma I 5% or less; No-load start to the rated speed overshoot sigma n 10% or less. And detailed analysis of the system principle and the static and dynamic performance, and the system of simulink to various parameters set simulation.2021.03.09 欧阳法创编2021.03.09Key Words：double closed loop；DC speed control system；without the static poor；simulation2021.03.09 欧阳法创编2021.03.09目录摘要0Abstract1引言11 实验内容12实验设备13 实验设计原理13.1 V-M系统原理13.2 三相桥式整流电路23.3 保护电路部分23.4 直流电源电路43.5 VT触发电路53.6 ASR控制电路53.7 ACR控制电路73.7 电流检测电路83.7 转速检测电路94 系统工作原理95 调节器参数的计算过程105.1 参数以及设计要求105.2 相关参数计算115.3 电流环设计125.4 转速环设计146 Matlab仿真196.1 启动过程仿真192021.03.09 欧阳法创编2021.03.097心得体会 (19)参考文献21附录221 主电路原理图222 仿真模型图223启动波形图232021.03.09 欧阳法创编2021.03.09引言《运动控制系统》课程设计需综合运用所学知识针对一个较为具体的控制对象或过程进行系统设计、硬件选型。

基于Matlab的汽车运动控制系统设计
Matlab是一款强大的工具，它可以用于汽车动力学控制系统
的建模、仿真和优化。

下面是基于Matlab的汽车运动控制系
统的设计流程：
1. 汽车运动学建模，包括车辆加速度、速度、位置等基本变量的建模，并建立数学模型。

2. 汽车动力学建模，包括发动机、传动系统、制动系统等的建模，推导出相关的动力学方程。

3. 设计控制器，选择合适的控制算法，并根据模型参数进行控制器设计。

4. 建立仿真模型，将汽车运动学、动力学模型以及控制器整合在一起，建立仿真模型，并进行仿真。

5. 分析仿真结果，通过仿真结果分析系统的性能，包括控制效果、鲁棒性等。

6. 修改设计，对仿真结果进行修改，优化设计，重新进行仿真。

7. 实现控制器，将控制器转换为代码并实现到实际控制系统中。

8. 验证系统性能，进行实车测试，验证系统性能及仿真结果的准确性。

总体而言，基于Matlab的汽车运动控制系统设计可以提高设计效率，减少设计成本，确保系统性能及仿真结果的准确性。

运动控制系统课程设计任务书河南城建学院班级专业课程名称指导教师电气与信息工程学院编写：陈国振审核：葛广军课程编码课程名称《运动控制系统》适用专业自动化学时考核方式考查学分1先修课程《电机拖动》《过程控设计时间制》、《计算机控制》《自动控制原理》、《运动控制系统》一、设计时间及地点1、设计时间：2、地点：2号系馆楼、图书馆、机房、实验室二、设计目的和要求1、设计目的2、设计要求完成所选题目的分析与设计，进行系统总体方案的设计、论证和选择；系统单元主电路和控制电路的设计、元器件的选择和参数计算；课程设计报告的整理工作。

三、设计题目和内容1、单闭环不可逆直流调速系统设计自拟控制系统性能指标的要求（调速范围、静差率、超调量、动态速降、调节时间等），设计系统原理图，完成元器件的选择，选择调节器并计算调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。

2、单闭环可逆直流调速系统设计自拟控制系统性能指标的要求（调速范围、静差率、超调量、动态速降、调节时间等），设计系统原理图，完成元器件的选择，选择调节器并计算调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。

3、V-M双闭环不可逆直流调速系统设计自拟控制系统性能指标的要求（调速范围、超调量、动态速降、调节时间、抗扰性能等），设计系统原理图，电流环的设计，转速环设计，完成元器件的选择，计算选择合理调节器参数，并进行仿真或实验验证系统合理性。

4、PWM直流调速系统设计自拟控制要求，完成系统设计方案的论证和选择，画出系统原理图，完成元器件的选择和相关参数的计算，系统动态结构图及其仿真分析或实验验证系统合理性。

5、三相桥式PWM逆变器仿真研究自拟负载，可选用电机或阻感负载等，画出系统主电路和控制电路的结构图，并进行仿真或实验验证系统的合理性。

6、直流电机数字控制系统设计自拟控制系统性能指标的要求，采用数字控制方法设计控制系统，对系统设计方案进行论证，画出系统原理图，进行元器件的选择和相关参数的计算，系统动态结构图及其仿真分析。

《运动控制系统》课程设计任务书一、设计目的与任务课程设计的主要目的是通过设计某直流电机调速系统或交流电机的调速系统或者应用交直流电机的调速的控制系统的设计实践，了解一般电力拖动与控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。

通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。

电力拖动与控制系统设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。

二、教学内容及基本要求在接到设计任务书后，按原理设计和工艺设计两方面进行。

1．原理图设计的步骤1)根据要求拟定设计任务。

2)根据电力拖动与控制系统的设计要求设计主电路。

3)根据主电路的控制要求设计控制回路4)要考虑保护环节，如过电压、过电流等的保护。

5)总体检查、修改、补充及完善。

主要内容包括：6)进行必要的参数计算和设计必要的软件控制流程。

7)正确、合理地选择各电器元器件，按规定格式编制元件明细表。

2．工艺设计步骤1)根据电力拖动与控制系统的任务书的设计要求，或者根据运用电力拖动调速等的设计控制对象及工艺的要求，进行分析。

2)选择合适的设计方案，论证设计方案的合理性。

3)根据设计方案设计合适的电力拖动与控制系统的或运用电力拖动调速的控制系统的主电路和控制电路，并画出相应比较相尽得电路图。

4)进行相应的参数进算，包括电子元器件的参数的计算与选取。

5）软件设计至少要包含比较完整的软件设计流程图。

要求学生能独立完成课程设计内容。

达到本科毕业生应具有的基本设计能力。

三、课程教学的特色说明要求学生掌握一定的理论基础知识，同时具备一定的实践设计技能，并且能够电力拖动与控制系统课程中讲授的内容结合实际情况进行系统设计以及编程。

MATLAB在机械设计方面的应用MATLAB是一种强大的数学计算软件，广泛应用于科学和工程领域。

在机械设计方面，MATLAB可以提供多种功能和工具，用于解决机械设计中的各种问题。

本文将介绍MATLAB在机械设计中的应用，并简单介绍一些相应的功能和工具。

一、运动学和动力学分析MATLAB提供了丰富的工具箱，用于机械系统的运动学和动力学分析。

用户可以使用这些工具箱来模拟和分析机械系统的运动和力学特性。

例如，用户可以使用SimMechanics工具箱来建立机械系统的多体动力学模型，并进行系统的运动学和动力学分析。

用户可以利用这些工具进行机械系统的运动模拟、力学特性分析和设计优化。

二、结构分析MATLAB还提供了一些工具和函数，用于机械结构的分析和设计。

例如，用户可以使用Structural Analysis工具箱来进行机械结构的静力学和动力学分析。

用户可以建立机械结构的有限元模型，并通过对结构施加加载，计算结构的应力、应变和变形等。

用户还可以使用这些工具进行结构的优化设计和材料选择。

三、控制系统设计MATLAB在控制系统设计方面也有很多应用。

机械系统通常需要控制系统来保持其性能和稳定性。

用户可以使用Control System工具箱来进行机械系统的控制系统设计。

用户可以进行系统的建模和仿真，设计和调整控制器的参数，进行系统的响应和稳定性分析等。

用户还可以使用这些工具进行机械系统的自动控制和优化设计。

四、信号处理和图像处理信号处理和图像处理在机械设计中也是非常重要的。

MATLAB提供了丰富的信号处理和图像处理工具箱，用于机械系统中信号和图像的获取、处理和分析。

用户可以利用这些工具进行机械系统中传感器信号的滤波、噪声去除、频谱分析等。

用户还可以使用这些工具进行机械系统中图像的处理、特征提取、目标检测等。

五、优化设计MATLAB还提供了一些优化算法和函数，用于机械系统的优化设计。

用户可以使用这些算法和函数对机械系统的设计参数进行优化，以达到设计目标和约束条件。

机械运动控制是现代科技及机械发展的重要基础，目前各种机械运动控制的研究正在越来越多地得到重视。

科研软件也能够支持机械运动控制领域的研究，其中包括MATLAB、SolidWorks、LabVIEW和COMSOL Multiphysics等。

MATLAB是一款多功能的科研软件，适用于界面化的数据分析和解释工具，它可以模拟和分析机械运动，包括模型建立、仿真等。

SolidWorks是一款专业几何建模软件，它可以用于建立各类机械运动系统的三维模型，并进行动画展示。

LabVIEW是功能强大的实验仪器数据采集和控制软件，用以实现高性能机械运动控制系统的设计和仿真。

COMSOL Multiphysics是一款量化技术算法编程环境，可以为研究者提供多尺度的机械运动控制方案设计和仿真。

总之，MATLAB、SolidWorks、LabVIEW和COMSOL Multiphysics都是极具实用价值的机械运动控制研究用软件，可以逐渐发挥出真正的价值。