探究小车在斜面上的运动情况

基于MATLAB的汽车运动控制系统设计仿真

课程设计 题目汽车运动控制系统仿真设计学院计算机科学与信息工程学院班级2010级自动化班 姜木北：2010133*** 小组成员 指导教师吴

2013 年12 月13 日 汽车运动控制系统仿真设计 10级自动化2班姜鹏 2010133234 目录 摘要 (3) 一、课设目的 (4) 二、控制对象分析 (4) 2.1、控制设计对象结构示意图 (4) 2.2、机构特征 (4) 三、课设设计要求 (4) 四、控制器设计过程和控制方案 (5) 4.1、系统建模 (5) 4.2、系统的开环阶跃响应 (5) 4.3、PID控制器的设计 (6) 4.3.1比例（P）控制器的设计 (7) 4.3.2比例积分（PI）控制器设计 (9) 4.3.3比例积分微分(PID)控制器设计 (10) 五、Simulink控制系统仿真设计及其PID参数整定 (11) 5.1利用Simulink对于传递函数的系统仿真 (11) 5.1.1 输入为600N时，KP=600、KI=100、KD=100 (12) 5.1.2输入为600N时，KP=700、KI=100、KD=100 (12) 5.2 PID参数整定的设计过程 (13) 5.2.1未加校正装置的系统阶跃响应： (13) 5.2.2 PID校正装置设计 (14) 六、收获和体会 (14) 参考文献 (15)

摘要 本课题以汽车运动控制系统的设计为应用背景，利用MATLAB语言对其进行设计与仿真.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搬调量和上升时间，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函数语句来绘制阶跃响应曲线，根据曲线中指标的变化进行P、PI、PID校正；同时对其控制系统建立Simulink进行仿真且进行PID参数整定。仿真结果表明，参数PID控制能使系统达到满意的控制效果，对进一步应用研究具有参考价值，是汽车运动控制系统设计的优秀手段之一。 关键词：运动控制系统 PID仿真稳态误差最大超调量

科学教案《小车的运动》

《小车的运动》教学设计 设计意图：本课以小车为话题，按照“问题—假设—实验—结论”的科学探究过程，对小车在平面上的运动过程中所产生的问题“小车运动的快慢与哪些因素有关？”进行探究。 一、教学目标： 【科学知识】 1.知道推或拉能使小车运动 2.知道小车运动快慢与拉力大小、小车重量、路面状况、天气等有关。【过程与方法】 1、能通过观察，对周围事物提出问题。 2、能够根据假设设计实验进行验证；能积极寻找证据，解释假设； 3、能利用器材作控制变量的探究实验。 【情感态度价值观】 1、体验认识到合作探究的乐趣，会通过测量、搜集、记录数据，并选择有效的数据支持证据。 2、意识到科学技术在解决日常工作、生活问题中所起的作用。 二、重点难点： 【重点】 1.按照“问题—假设—实验—结论”的科学探究过程进行探究。 2. 知道小车运动快慢与拉力大小、小车重量、路面状况、天气等有关 【难点】1、根据假设设计实验。 三、教学准备： 多媒体课件、小车、绳子、秒表、、钩码、记录单等。 四、教学过程： （一），创设情景，激趣导入

1、谈话：同学们,老师今天给大家带一个礼物（玩具车）本来想给大家表演一下赛车比赛，很遗憾，它被玩坏了，你能说一说怎么让小车动起来吗？ 2、学生讨论汇报。 3、讲述：推或拉能产生力，推力和拉力都会使物体运动起来，这节课我们通过小车的运动来深入探究。(板书课题：小车的运动) （二）提出假设实验探究 1、谈话：小车有时快有时慢，那么小车的运动什么因素有关呢？ 2、学生猜测提出假设。（拉力大小、小车重量、路面状况、天气） 3、你想研究哪个因素呢？请你选择一个能在实验室进行的实验，并对相关因素做出合理假设。 4、学生汇报。（引导学生汇报小车运动与有关，越，小车运动越；越，小车运动越） 5、谈话：我们要怎么样才能知道自己的猜测是否是正确的？ 6、谈话：请同学们根据老师提供的材料思考一下实验中哪些条件不变？哪些条件改变？（发记录单填写） 7、学生讨论填写记录单，并汇报。 8、教师指导评价，并总结实验步骤和注意事项。（PPT展示） （1）、把线的一头系在小车上，另一头用来挂凤尾夹，用挂凤尾夹个数代替拉力的大小。 （2）、将小车放在某一起点处，记录小车到终点所用的时间。（每次实验的起点和终点位置要一样） （3）、在实验过程中，要保持载重物、距离、路面状况保持不变。(4)、每次实验测三次，并求出平均值。

苏教版科学四下《小车的运动》教案

《小车的运动》教学设计 教学目标： 1、让学生知道一辆载重小车行驶的快慢与哪些因素有关。 2、能根据假设设计实验并能够使用“控制变量”的方法进行验证。 3、体会反复实验获取可靠测试结果的重要性，培养学生科学探究精神。 教学重点：按照“问题—假设—设计实验—实验—结论”的科学探究过程进行探究。 难点：根据假设设计实验。 教学方法：实验探究法、小组讨论法。 教学准备：秒表、小车、尺子、垫圈、细线、计算器 一、复习导入 1、今天老师在来学校的途中发现两辆载重汽车，一辆开得很慢，一辆开得很快，老师把它们录了下来。请同学看这段（视频） 2、请同学们想一想，这可能是什么原因呢？ 学生交流猜想 3、那么，载重汽车行驶的快慢究竟与什么有关呢？今天，我们就来当一回小小研究员，研究研究小车的运动（板书课题） 现在大家讨论一下载重汽车行驶的快慢可能与哪些因素有关？ 4、学生汇报交流，教师择重板书。 预设的问题： （1）、可能与小车的拉力有关（板书：拉力） （2）、可能与小车的重量有关（板书：车子重量） （3）、可能与地面的好坏程度有关（板书：地面） （4）、可能与小车的轮子数目有关（板书：轮子） 二、大胆假设，制定计划 1、研究假设问题，并作出预测。引导学生讨论确定： 假设小车运动的快慢与拉力有关，拉力越大小车运动得越快，拉力越小，运动得越慢。 2、设计实验方案： 这是你们的假设，在科学上，需要通过实验来验证这种假设是否正确。今天老师给你们带来了一辆小汽车，作为研究对象。（出示小车）那么，想一想怎样进行实验验证呢？下面就以小组为单位根据我们的假设，来设计一个实验方案。 3、交流实验方案。 教师需点拨：保持不变的是载重量、距离；需要改变的是拉力。 教师结合学生的交流整理出下表

苏教版四年级下册第三单元第四课《小车的运动》说课稿

苏教版四年级下册第三单元第四课《小车的运 动》说课稿 评委们、老师们： 大家好！今天我说课的内容是九年义务教育小学科学课程苏教版四年级下册第三单元第四课《小车的运动》。 《科学课程标准》指出，小学科学课程是以培养学生科学素养为宗旨的科学启蒙课程，是一门应用学科，他积极倡导让学生亲身经历，以探究为主的学习活动，培养他们的好奇心和求知欲，发展他们对科学本质的理解，使他们学会探究解决问题的策略，并乐于与人合作，与环境和谐相处。 在这些理念的指导下，我根据自己的教学特点和学生的认知水平，设计了《小车的运动》这一课。 教材分析 本册教材第三单元是物体运动体系的内容,主要是让学生们对“相对运动”及“运动的基本形式”做简单的了解。从本单元开始，在设计实验验证假设的过程中，第一次引导学生使用“控制变量”的方法进行科学探究，对物体的运动做简单的定量观察。而《小车的运动》一课，是以小车为话题，按“问题——假设——实验——结论”的科学探究过程，对小车在平面上的运动过程所产生的问题“一辆载重汽车行驶的快慢与哪些因素有关？”进行探究，本课也是建立假设后，利用“控制变量”的方法来搜集证据的一节具有典型代表意义的课，它的主要教学是： 1、提出问题进行假设，直接导入“一辆载重汽车行驶的快慢与哪些因素有关？”让学生们对这个问题作出假设。

2、用小车进行实验，探究小车行驶的快慢与什么有关，学会控制变量。 学情分析 从小学生知识体系和学习能力体系上来看，四年级的学生已经掌握了一定的科学知识和学习方法，并通过三年级科学课学习，已具备了初步的思维能力和探究解决简单实际问题的能力，《小车的运动》属于物体的运动的种类学习内容。通过对物体运动的距离、时间、方向的学习之后，学生对物体的运动因素已经有了相应的理解，对于本课小车的运动快慢与哪些因素有关？根据现有知识结构，学生能够顺利完成本课学习。 教学目标 在《标准》理念指导下，我根据学生实际情况和教材特点，从方法、知识、情感等方面制定了以下教学目标。 过程与方法： 1、能根据经验提出做直线运动的小车的快慢与哪些因素有关。 2、能够依据假设设计实验进行验证； 3、能够使用“控制变量”的方法搜集证据； 4、能够通过测量、搜集、记录数据，通过对数据的分析，得出相关结论。 科学知识： 1、知道小车的运动快慢与哪些因素有关； 2、认识到控制变量是一种搜集证据的重要方法。 情感态度和价值观： 1、体会反复实验获取可靠的测试结果的重要性；

无碳小车动力学分析

2、相关计算： 原动机构的作用是将重物下降的重力势能转化为小车的动能。 在重物下降过程中，驱动轴转动，为小车提供动力，设重物质量为M ,下降高度为h ，则其重力势能为Mgh ,转化为自身的动能E K 1、小车的动能E K 2、小车行 走过程中的摩擦及损耗W 损， W E E K k Mgh 损 ++= 21 其中， v E M K 2 1121= , v E M K 21121= , v 1 为重物下降的速度，也是驱动轴的线速度； v 2为同一时刻小车的行进速度，也是后轮的线速度；设驱动轴转动一周，后轮转动 n 周， 所以， d d v v n 2 1后轮 驱动轴 = 设重物下降过程中加速度为a , 绳子的拉力为T , 有： )(a g M T -= 由此产生的力矩为： λ ??=R M T 驱动轴1 （其中λ为考虑摩擦影响而设置的系数） 分析可得： 1.当拉力一定时，驱动轴半径越大，产生的力矩越大，驱动轴半径越小，产生的力矩越小； 2.当力矩M 达到一定的大小保持不变，驱动轴半径越小，拉力T 越大，从而使物块减速。 3、机构设计 根据前面的分析与计算，将驱动轴设计为阶梯轴：

3.1.3动力学分析模型 a 、驱动 如图：重物以加速度向下加速运动，绳子拉力为T ，有 )(a g m T -= 产生的扭矩122λ??=r T M ，（其中1λ是考虑到摩擦产生的影响而设置的系数。） 驱动轮受到的力矩A M ，曲柄轮受到的扭矩1M ，A N 为驱动轮A 受到的压力，A F 为驱动轮A 提供的动力，有 221 λ?=+ M i M M A （其中2λ是考虑到摩擦产生的影响而设 置的系数） R F N M A A A ?+?=δ b 、转向 假设小车在转向过程中转向轮受到的阻力矩恒为C M ，其大小可 由赫兹公式求得，) 11(1 2 2 212 1E E R B N c c c μμπσ-+-?= b B N c c 2??=σ 由于b 比较小，故

科学教案小车的运动

《小车的运动》设计 设计意图：本课以小车为话题，按照“问题—假设—实验—结论”的科学探究过程，对小车在平面上的运动过程中所产生的问题“小车运动的快慢与哪些因素有关？”进行探究。 一、目标： 【科学知识】 1.知道推或拉能使小车运动 2.知道小车运动快慢与拉力大小、小车重量、路面状况、天气等有关。【过程与方法】 1、能通过观察，对周围事物提出问题。 2、能够根据假设设计实验进行验证；能积极寻找证据，解释假设； 3、能利用器材作控制变量的探究实验。 【情感态度价值观】 1、体验认识到合作探究的乐趣，会通过测量、搜集、记录数据，并选择有效的数据支持证据。 2、意识到科学技术在解决日常工作、生活问题中所起的作用。 二、重点难点： 【重点】 1.按照“问题—假设—实验—结论”的科学探究过程进行探究。 2. 知道小车运动快慢与拉力大小、小车重量、路面状况、天气等有关 【难点】1、根据假设设计实验。 三、教学准备： 多媒体课件、小车、绳子、秒表、、钩码、记录单等。 四、教学过程： （一），创设情景，激趣导入

1、谈话：同学们,老师今天给大家带一个礼物（玩具车）本来想给大家表演一下赛车比赛，很遗憾，它被玩坏了，你能说一说怎么让小车动起来吗？ 2、学生讨论汇报。 3、讲述：推或拉能产生力，推力和拉力都会使物体运动起来，这节课我们通过小车的运动来深入探究。(板书课题：小车的运动) （二）提出假设实验探究 1、谈话：小车有时快有时慢，那么小车的运动什么因素有关呢？ 2、学生猜测提出假设。（拉力大小、小车重量、路面状况、天气） 3、你想研究哪个因素呢？请你选择一个能在实验室进行的实验，并对相关因素做出合理假设。 4、学生汇报。（引导学生汇报小车运动与有关，越，小车运动越；越，小车运动越） 5、谈话：我们要怎么样才能知道自己的猜测是否是正确的？ 6、谈话：请同学们根据老师提供的材料思考一下实验中哪些条件不变？哪些条件改变？（发记录单填写） 7、学生讨论填写记录单，并汇报。 8、教师指导评价，并总结实验步骤和注意事项。（PPT展示） （1）、把线的一头系在小车上，另一头用来挂凤尾夹，用挂凤尾夹个数代替拉力的大小。 （2）、将小车放在某一起点处，记录小车到终点所用的时间。（每次实验的起点和终点位置要一样） （3）、在实验过程中，要保持载重物、距离、路面状况保持不变。(4)、每次实验测三次，并求出平均值。

运动控制系统双闭环直流调速系统仿真

运动控制系统双闭环直流调速系统仿真 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-

本科生课程论文课程名称运动控制系统 学院机自学院 专业电气工程及其自动化学号 1212XXXX 学生姓名翟自协 指导教师杨影 分数

题目： 双闭环直流调速系统仿真 对例题设计的双闭环系统进行设计和仿真分析，仿真时间10s 。具体要求如下： 在一个由三相零式晶闸管供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为： P P =60kW ， P P =220V ， P P =308 A ， P P =1000 r/min ， 电动势系数 P P = V ·min/r ，主回路总电阻 R =Ω，变换器的放大倍数 P P =35。电磁时间常数 P P =，机电时间常数 P P =，电流反馈滤波时间常数 P PP =，转速反馈滤波时间常数 P PP =。额定转速时的给定电压(P P ?)P =10V ，调节器ASR ，ACR 饱和输出电压P PP ?= 8V ， P PP =。 系统的静、动态指标为：稳态无静差，调速范围D=10，电流超调量 ≤5% ，空载起动到额定转速时的转速超调量 ≤10%。试求： （1）确定电流反馈系数β(假设起动电流限制在 以内)和转速反馈系数α。 （2）试设计电流调节器ACR.和转速调节器ASR 。 （3）在matlab/simulink 仿真平台下搭建系统仿真模型。给出空载起动到额定转速过程中转速调节器积分部分不限幅与限幅时的仿真波形（包括转速、电流、转速调节器输出、转速调节器积分部分输出），指出空载起动时转速波形的区别，并分析原因。 （4）计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量σn 。并与仿真结果进行对比分析。

苏教版科学四年级下册《小车的运动》教学反思

《小车的运动》教学反思 今天我讲了苏教版小学科学四年级下册第三单元第四课《小车的运动》。在经历了“准备——上课——评课——反思”的整个过程之后，感到颇有收获，下面我就从上课的体会与反思入手，谈谈我的个人收获。 一、体会和反思。 首先是选课的问题。我选择《小车的运动》一课，原因如下：（一）四年级的学生已经具备一些科学素养；（二）四年级的学生具备一定的动手能力；（三）四年级的学生情绪易于调动，上课气氛活跃；（四）《小车的运动》一课为实验课， 教学目标明确，易出结论。 其次是确定上课环节。原想着《小车的运动》一课已经多次有人上过，若能在教法上推陈出新，另辟蹊径，则能显山露水、大气有成。可理想和现实总是有着太大的距离，在两次试讲之后，我终于放弃了让学生在路面、载重、拉力，甚至车轮等因素全面探究的设想。讲课过程中总感觉英雄气短、左支右绌，毎个问题都讲不明白，每个实验也难讲透。眼看着几天的时间已经悄然而逝，我一改最初的设想，调整课的设计，从目标入手，扎扎实实地走每一步。本课的重点是按照“问题——假设——实验——结论”的科学探究过程进行探究。是在建立假设后，利用“控制变量”的方法来收集证据的具有典型意义的一节课。其中，还特别强调了注意引导学生学会控制变量，开展对比实验，从而达到收集证据的目的。明确了目标，就如同船只行驶在黑暗的夜里，突然寻到了灯塔，使我有了前进的方向。多个实验难讲明白，我就突破一个实验！在教学的过程中发现，拉力和载重的问题是学生最易进行的自主探究的因素。应该选择哪个因素为突破口，才能使整节课显得自然流畅呢？从导入开始，先是比较车速的快慢，从而引入动力这个因素，其次替换拉力的概念，提出研究的问题“拉力怎样影响车的运动快慢”，接着进行假设，再进行实验设计及验证，最后得出结论。重难点解决了，一个实验讲透了，再设计其它实验，也变得水到渠成，顺理成章。 二、收获。 1、教师的规范的进行演示实验在课堂教学中非常重要。 演示实验的最终目的是为教学服务的，为的是在实验中发现规律，理解规律，从而掌握规律。为实验而实验，没有目的性，只会使学生浮于实验过程与表面现象，不知道老师为什么做实验，不知道实验演示了什么规律，更谈不上自己去发现与探讨规律了。对老师而言，这样的实验是"吃力不讨好"的事。 在磨课过程中，起先我认为实验很简单，只是让学生说了说实验注意事项，然后让学生自由实验，过程中才发现问题重重，学生不会填实验报告单，秒表不会用，不懂实验流程，合作不默契，致使浪费了很多时间，收获还很小。课后我进行了反思，学生之所以会出现这样的结果是因为第一次进行控制变量的实验，比较盲目，再加上平时实验机会少，对于实验器材很好奇，玩的意识大于探究。于是，在讲课时，我先进行师生配合演示实验，让学生明确目标，了解方法，这样，学

无碳小车实验报告 (1)

机械原理课程设计报告书 设计题目: 竞赛题目无碳小车的设计 课程名称：《机械原理课程设计》 学生姓名： 学生学号： 所在学院：海洋信息工程学院 学习专业：机械设计制造及其自动化 指导教师：宫文峰 2015年12月11日目录 (2) 第一章概述 (3) 课程设计任务与目的 (3)

第一章概述 机械原理课程设计是机械类各专业学生第一次课程设计，是重要的实践性教学环节，对于培养学生机械系统运动方案设计和创新设计能力、解决工程实际中机构分析和设计能力等有着十分重要意义。 本次课程设计以第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”题目为基础，进行创新设计。设计对题目进行了从新分解，运用课程内所学知识，通过查阅资料结合前人经验，从几个方面进行方案的设计与分析选择，依据机械机构的设计理念，设计出一个完全依靠重力势能提供动力，以平面转向机构实现周期性转向自动避让障碍物的轻质小车方案。 课程设计目的与任务 课程设计目的 1）综合运用机械原理课程的理论和实践知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，促进所学理论知识的巩固、深入和归纳； 2）培养学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神； 3）加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行创新思维、

综合和工艺制作等实际工作能力； 4）提高学生运算、绘图、表达、运用计算机、搜集和整理资料能力； 5）为将来从事技术工作打基础。 课程设计任务 结合一个简单或中等复杂程度的机械系统，让学生根据使用要求和功能分析，开拓思路，敢于创新，巧妙地构思其工作原理和选择工艺动作过程；由所选择的工作原理和工艺动作过程综合应用所学过的各类常用机构的结构组成、运动原理、工作特点及应用场合等知识，进行机构的选型、创新与组合，构思出各种可能的运动方案，并通过方案评价、优化筛选，选择最佳方案；就所选择的最佳运动方案，应用计算机辅助分析和设计方法（也可以使用图解法）进行机构尺度综合和运动分析；由运动方案和尺度综合结果绘制机构系统运动简图。无碳小车设计的目的与任务 设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而得到的。该给定重力势能由质量为1Kg的标准砝码（￠50×65 mm，碳钢制作）来获得，砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不从小车上掉落。图1为小车示意图。 小车在行走过程中完成所有动作所需的能量均由此给定重力势能转换而得，小车具有转 向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能。 第二章选题介绍 选题背景、意义 本设计源于6年第五届全国大学生工程能力综合训练竞赛“无碳小车”，该竞赛要求以

四年级科学小车的运动教案

四年级科学小车的运动教案 3-4、小车的运动 教学目标： 过程与方法： ．能够对影响小车在斜面上、平面上运动的因素作出假设； 2．能够根据假设设计实验进行验证； 3．能够使用“控制变量”的方法搜集证据； 4．能够测量小车通过给定距离所需的时间； 5．能够通过测量、搜集、记录数据，并选择有效的数据支持证据。 科学知识： ．知道小车从斜坡上滑下，向前冲出去的距离与什么有关； 2．知道小车行驶的快慢与什么有关； 3．认识到“控制变量”是一种搜集证据的重要方法。 情感、态度与价值观： ．体会反复实验获取可靠测试结果的重要性； 2．意识到科学技术在解决日常工作、生活问题中所起的作用。教学准备： ．小车、各种木板（有长短不一的，有表面光滑程度不一的，有相同的）、尺子（或皮卷尺）、垫木块等。 2．小车、尺子、垫圈若干、计时器。 教学活动： 一、复习导入

.上一节课我们学习了物体的运动方式，请同学们说说你知道了哪些运动方式？（学生自由说） 2.教师用小车在木板上滑动，让学生观察，问：小车的运动方式是什么？ （教师引导：车轮和车厢的运动是什么方式？） 二、观察并提出假设 .师做小车从斜坡滚动实验，让学生观察。 2.师质疑：小车从斜坡上冲下来，向前冲出去的距离与什么有关？ 学生作假设，教师适当板书： （1）与坡度有关，坡度越大，冲出去越远； （2）与斜坡长短有关，斜坡越长，冲出去越远；（3）与坡面有关，坡面越光滑，冲出去越远； （4）与车子重量有关，车子越重，冲出去越远；（5）与车型有关…… （6）与轮胎有关…… …… …… …… （注意：此处让学生自行假设，学生假设的内容可能会很多，教师要注意选择所作的假设，要尽量适合所准备的材料能够操作验证） 三、实验验证假设 .师：我们采用什么方法来验证我们的假设呢？请同学们讨论一下。（学生讨论交流） 2.集体交流，教师指导

实验七-对汽车控制系统的设计与仿真

实验七 对汽车控制系统的设计与仿真 一、实验目的： 通过实验对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，掌握控制系统性能的分析和仿真处理过程，熟悉用Matlab 和Simulink 进行系统仿真的基本方法。 二、实验学时：4 个人计算机，Matlab 软件。 三、实验原理： 本实验是对一个汽车运动控制系统进行实际设计与仿真，其方法是先对汽车运动控制系统进行建摸，然后对其进行PID 控制器的设计，建立了汽车运动控制系统的模型后，可采用Matlab 和Simulink 对控制系统进行仿真设计。 注意：设计系统的控制器之前要观察该系统的开环阶跃响应，采用阶跃响应函数step( )来实现，如果系统不能满足所要求达到的设计性能指标，需要加上合适的控制器。然后再按照仿真结果进行PID 控制器参数的调整，使控制器能够满足系统设计所要求达到的性能指标。 1. 问题的描述 如下图所示的汽车运动控制系统，设该系统中汽车车轮的转动惯量可以忽略不计，并且假定汽车受到的摩擦阻力大小与汽车的运动速度成正比，摩擦阻力的方向与汽车运动的方向相反，这样，该汽车运动控制系统可简化为一个简单的质量阻尼系统。 根据牛顿运动定律，质量阻尼系统的动态数学模型可表示为： ? ??==+v y u bv v m & 系统的参数设定为：汽车质量m =1000kg ， 比例系数b =50 N ·s/m ， 汽车的驱动力u =500 N 。 根据控制系统的设计要求，当汽车的驱动力为500N 时，汽车将在5秒内达到10m/s 的最大速度。由于该系统为简单的运动控制系统，因此将系统设计成10％的最大超调量和2％的稳态误差。这样，该汽车运动控制系统的性能指标可以设定为： 上升时间：t r <5s ； 最大超调量：σ％<10％； 稳态误差：e ssp <2％。 2、系统的模型表示

科学教案小车的运动

科学教案小车的运动公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-

《小车的运动》教学设计 设计意图：本课以小车为话题，按照“问题—假设—实验—结论”的科学探究过程，对小车在平面上的运动过程中所产生的问题“小车运动的快慢与哪些因素有关”进行探究。 一、教学目标： 【科学知识】 1.知道推或拉能使小车运动 2.知道小车运动快慢与拉力大小、小车重量、路面状况、天气等有 关。 【过程与方法】 1、?能通过观察，对周围事物提出问题。 2、能够根据假设设计实验进行验证；能积极寻找证据，解释假设； 3、能利用器材作控制变量的探究实验。 【情感态度价值观】 1、?体验认识到合作探究的乐趣，会通过测量、搜集、记录数据，并选择有效的数据支持证据。 2、?意识到科学技术在解决日常工作、生活问题中所起的作用。 二、重点难点： 【重点】

1.按照“问题—假设—实验—结论”的科学探究过程进行探究。 2. 知道小车运动快慢与拉力大小、小车重量、路面状况、天气等有关【难点】1、根据假设设计实验。 三、教学准备： 多媒体课件、小车、绳子、秒表、、钩码、记录单等。 四、教学过程： （一），创设情景，激趣导入 1、谈话：同学们,老师今天给大家带一个礼物（玩具车）本来想给大家表演一下赛车比赛，很遗憾，它被玩坏了，你能说一说怎么让小车动起来吗？ 2、学生讨论汇报。 3、讲述：推或拉能产生力，推力和拉力都会使物体运动起来，这节课我们通过小车的运动来深入探究。(板书课题：小车的运动) （二）提出假设实验探究 1、谈话：小车有时快有时慢，那么小车的运动什么因素有关呢 2、学生猜测提出假设。（拉力大小、小车重量、路面状况、天气） 3、你想研究哪个因素呢请你选择一个能在实验室进行的实验，并对相关因素做出合理假设。

2019年苏教版科学四年级下册第三单元第四课小车的运动同步练习

2019年苏教版科学四年级下册第三单元第四课小车的运动同步练习姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 小朋友，带上你一段时间的学习成果，一起来做个自我检测吧，相信你一定是最棒的！ 一、填空题 (共7题；共14分) 1. （2分）汽车行驶的快慢与汽车________、路面的________等有关。 2. （4分）小车从斜坡上滑下来，冲出去的距离与坡度的________、________、________、________等有关。 3. （1分）小车从斜坡上滑下来的时候，坡度越________，小车冲出去的距离越远。 4. （1分）小车运动的快慢与拉力的大小有关。拉力越________，走得越快。 5. （1分）在实验中通过________判断小车行驶的快还是慢。 6. （2分）在研究小车运动的快慢与哪些因素有关中： 假设：与拉力的大小有关。拉力越大，走得越快；拉力越小，走得越慢。 保持不变的是：________；需要改变的是：________。 结论：小车运动的快慢与拉力的大小有关。 7. （3分）请你设计实验研究小车运动快慢与什么因素有关。 假设：________ 拉力（垫圈）实验结果 最后结果第一次第二次第三次 两个 3.2 3.19 3.21 3.2

二、单选题。 (共1题；共2分) 8. （2分）小车从斜坡上滑下来的时候，坡度越（），小车冲出去的距离越远。 A . 大 B . 小 三、多选题 (共2题；共6分) 9. （3分）小车从斜坡上滑下来，冲出去的距离与（）等因素都有关系。 A . 斜坡长短 B . 斜坡大小 C . 重量 D . 坡面光滑（粗糙）程度 10. （3分）小车运动的快慢与（）因素有关？ A . 载重量 B . 拉力的大小 C . 路面的好坏 D . 坡度的大小 四、判断题 (共1题；共2分) 11. （2分）在实验中小车垫圈数相同，每次行驶距离不同，可以通过取平均数确定最后结果（距离）。（） 五、解答题 (共4题；共20分) 12. （5分）小车运动的快慢与轮子的多少有没有关系？

汽车运动控制系统仿真

一、摘要 2 二、课程设计任务 3 1．问题描述 3 2．设计要求 3 三、课程设计内容 4 1、系统的模型表示 4 2、利用Matlab进行仿真设计 4 3、利用Simulink进行仿真设计 9 总结与体会 10 参考文献 10

本课题以汽车运动控制系统的设计为应用背景，利用MATLAB语言对其进行设计与仿真.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搬调量和上升时间，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函数语句来绘制阶跃响应曲线，根据曲线中指标的变化进行P、PI、PID校正；同时对其控制系统建立Simulink进行仿真且进行PID参数整定。仿真结果表明，参数PID控制能使系统达到满意的控制效果，对进一步应用研究具有参考价值，是汽车运动控制系统设计的优秀手段之一。 关键词：运动控制系统 PID仿真稳态误差最大超调量

一、课程设计任务 1. 问题描述 如下图所示的汽车运动控制系统，设该系统中汽车车轮的转动惯量可以忽略不计，并且假定汽车受到的摩擦阻力大小与汽车的运动速度成正比，摩擦阻力的方向与汽车运动的方向相反，这样，该汽车运动控制系统可简化为一个简单的质量阻尼系统。 根据牛顿运动定律，质量阻尼系统的动态数学模型可表示为： ???==+v y u bv v m 系统的参数设定为：汽车质量m =1000kg ， 比例系数b =50 N ·s/m ， 汽车的驱动力u =500 N 。 根据控制系统的设计要求，当汽车的驱动力为500N 时，汽车将在5秒内达到10m/s 的最大速度。由于该系统为简单的运动控制系统，因此将系统设计成10％的最大超调量和2％的稳态误差。这样，该汽车运动控制系统的性能指标可以设定为： 上升时间：t r <5s ； 最大超调量：σ％<10％； 稳态误差：e ssp <2％。 2.设计要求 1．写出控制系统的数学模型。 2．求系统的开环阶跃响应。 3．PID 控制器的设计 （1）比例（P ）控制器的设计 （2）比例积分（PI ）控制器的设计 （3）比例积分微分（PID ）控制器的设计 利用Simulink 进行仿真设计。 二、课程设计内容 1.系统的模型表示

苏教版科学四年级下册第三单元第四课小车的运动同步练习A卷

苏教版科学四年级下册第三单元第四课小车的运动同步练习A卷姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 小朋友，带上你一段时间的学习成果，一起来做个自我检测吧，相信你一定是最棒的！ 一、填空题 (共7题；共14分) 1. （2分）汽车行驶的快慢与汽车________、路面的________等有关。 2. （4分）小车从斜坡上滑下来，冲出去的距离与坡度的________、________、________、________等有关。 3. （1分）小车从斜坡上滑下来的时候，坡度越________，小车冲出去的距离越远。 4. （1分）小车运动的快慢与拉力的大小有关。拉力越________，走得越快。 5. （1分）在实验中通过________判断小车行驶的快还是慢。 6. （2分）在研究小车运动的快慢与哪些因素有关中： 假设：与拉力的大小有关。拉力越大，走得越快；拉力越小，走得越慢。 保持不变的是：________；需要改变的是：________。 结论：小车运动的快慢与拉力的大小有关。 7. （3分）请你设计实验研究小车运动快慢与什么因素有关。 假设：________ 拉力（垫圈）实验结果 最后结果第一次第二次第三次 两个 3.2 3.19 3.21 3.2

二、单选题。 (共1题；共2分) 8. （2分）小车从斜坡上滑下来的时候，坡度越（），小车冲出去的距离越远。 A . 大 B . 小 三、多选题 (共2题；共6分) 9. （3分）小车从斜坡上滑下来，冲出去的距离与（）等因素都有关系。 A . 斜坡长短 B . 斜坡大小 C . 重量 D . 坡面光滑（粗糙）程度 10. （3分）小车运动的快慢与（）因素有关？ A . 载重量 B . 拉力的大小 C . 路面的好坏 D . 坡度的大小 四、判断题 (共1题；共2分) 11. （2分）在实验中小车垫圈数相同，每次行驶距离不同，可以通过取平均数确定最后结果（距离）。（） 五、解答题 (共4题；共20分) 12. （5分）小车运动的快慢与轮子的多少有没有关系？

无碳小车设计使用说明(一等奖作品)

第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛 无碳小车设计说明书 参赛者：龚雪飞赵鹏飞刘述亮 指导老师：朱政强戴莉莉 2011-1-16

摘要 第二届全国大学生工程训练综合能力竞赛命题主题为“无碳小车”。在设计小车过程中特别注重设计的方法，力求通过对命题的分析得到清晰开阔的设计思路；作品的设计做到有系统性规范性和创新性；设计过程中综合考虑材料、加工、制造成本等给方面因素。我们借鉴了参数化设计、优化设计、系统设计等现代设计发发明理论方法；采用了MATLAB、PROE等软件辅助设计。 我们把小车的设计分为三个阶段：方案设计、技术设计、制作调试。通过每一阶段的深入分析、层层把关，是我们的设计尽可能向最优设计靠拢。 方案设计阶段根据小车功能要求我们根据机器的构成（原动机构、传动机构、执行机构、控制部分、辅助部分）把小车分为车架、原动机构、传动机构、转向机构、行走机构、微调机构六个模块，进行模块化设计。分别针对每一个模块进行多方案设计，通过综合对比选择出最优的方案组合。我们的方案为：车架采用三角底板式、原动机构采用了锥形轴、传动机构采用齿轮或没有该机构、转向机构采用曲柄连杆、行走机构采用单轮驱动实现差速、微调机构采用微调螺母螺钉。其中转向机构利用了调心轴承、关节轴承。 技术设计阶段我们先对方案建立数学模型进行理论分析，借助MATLAB 分别进行了能耗规律分析、运动学分析、动力学分析、灵敏度分析。进而得出了小车的具体参数，和运动规律。接着应用PROE软件进行了小车的实体建模和部分运动仿真。在实体建模的基础上对每一个零件进行了详细的设计，综合考虑零件材料性能、加工工艺、成本等。

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。 汽车行驶如图7.4.1所示的斜坡上，通过受力分析可知在平行于斜面的方向上有三个力作用于汽车上：发动机的力、空气阻力和重力沿斜面的分量下滑力。

1、小车的运动

【课题】 1．小车的运动 【教学目标】 1、能通过观察，对周围事物提出问题；能根据假设设计实验进行验证；能积极寻找证据，解释假设；能利用器材作控制变量的探究实验。 2、引导学生认识到合作探究的意义，会通过测量、搜集、记录数据，并选择有效的数据支持证据。 3 、认识到科学技术在解决日常工作、生活问题中所起的作用；知道推力和拉力是生活中常见的力。 【教学重点难点】 【重点】按照“问题—假设—实验—结论”的科学探究过程进行探究。 【难点】根据假设设计实验。 【教学准备】 1、小车、足球、各种木板（有长短不一的，有表面光滑程度不一的，有相同的）、尺子（或皮卷尺）、垫木块、易拉罐、计时器等。 2、温馨提示等课件。 【教学过程】 （一）激情导入 1、（出示小车）同学们平时是怎样玩小车的？ 学生讨论后举手汇报。 2、那么推或拉能使静止的物体运动起来吗？这节课我们通过小车的运动来深入探究。板书课题：小车的运动 （二）游戏探究 1、今天老师也为你们带来了一辆小车，想玩吗？ 请组长领小车、易拉罐等材料，各组想办法玩小车，把发现的问题记录下来。（各小组开始尽情地玩：钻山洞、过桥等游戏） 2、交流汇报各组的不同玩法。进一步引导：你发现了什么？ 3、汇报总结：推或拉能产生力，推力和拉力都会使物体运动来。推力和拉力也有大小和方向。

4、生活中哪些的地方还用到了推力或拉力？ 5、学生回顾生活中的开门、关门、开灯、拉车、推车等现象。 （三）提出假设设计实验 1、刚才我们在玩小车过桥时，有的同学发现小车有时快有时慢，那么小车的运动与推力或拉力的大小有没有关系呢？ 2、学生猜测提出假设。 3、我们可以做实验来验证我们的假设。做实验时需要哪些材料？实验中应该注意什么？小组先讨论一下。（出示温馨提示） 4、小组合作，制定计划，实验验证。 5、交流汇报：实验怎样做？其他组补充完善：谁测量？谁记录？谁实验？在实验中哪些条件不变？哪些条件改变等等。 6、小组合作探究，进行实验，做好记录单，老师参与指导。 7、汇报实验结果：小车的运动快慢与力的大小有关，推力或拉力越大，小车运动就越快，推力或拉力越小，小车运动就越慢。 （四）自由活动 哪个组能想办法让小车跑的又快又远？ 1、设计实验研究使小车从斜坡上冲下来的跑得快慢的因素。 2、学生制定计划，自主实验。 3、汇报实验结果：斜坡越高，冲下来的就越快，跑的就越远；斜坡越低，冲下来的就相对慢，跑的就相对近。 （五）课堂总结拓展延伸 1、学了这课，你有什么收获？什么问题？ 学生总结汇报。 2、同学们探究的积极性较高，研究结果也比较好，小车的载重量是否影响小车运动的快慢？课下继续探究。

苏教版科学四年级下册第三单元第四课小车的运动同步练习D卷

苏教版科学四年级下册第三单元第四课小车的运动同步练习D卷姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 小朋友，带上你一段时间的学习成果，一起来做个自我检测吧，相信你一定是最棒的！ 一、填空题 (共7题；共14分) 1. （2分）汽车行驶的快慢与汽车________、路面的________等有关。 2. （4分）小车从斜坡上滑下来，冲出去的距离与坡度的________、________、________、________等有关。 3. （1分）小车从斜坡上滑下来的时候，坡度越________，小车冲出去的距离越远。 4. （1分）小车运动的快慢与拉力的大小有关。拉力越________，走得越快。 5. （1分）在实验中通过________判断小车行驶的快还是慢。 6. （2分）在研究小车运动的快慢与哪些因素有关中： 假设：与拉力的大小有关。拉力越大，走得越快；拉力越小，走得越慢。 保持不变的是：________；需要改变的是：________。 结论：小车运动的快慢与拉力的大小有关。 7. （3分）请你设计实验研究小车运动快慢与什么因素有关。 假设：________ 拉力（垫圈）实验结果 最后结果第一次第二次第三次 两个 3.2 3.19 3.21 3.2

二、单选题。 (共1题；共2分) 8. （2分）小车从斜坡上滑下来的时候，坡度越（），小车冲出去的距离越远。 A . 大 B . 小 三、多选题 (共2题；共6分) 9. （3分）小车从斜坡上滑下来，冲出去的距离与（）等因素都有关系。 A . 斜坡长短 B . 斜坡大小 C . 重量 D . 坡面光滑（粗糙）程度 10. （3分）小车运动的快慢与（）因素有关？ A . 载重量 B . 拉力的大小 C . 路面的好坏 D . 坡度的大小 四、判断题 (共1题；共2分) 11. （2分）在实验中小车垫圈数相同，每次行驶距离不同，可以通过取平均数确定最后结果（距离）。（） 五、解答题 (共4题；共20分) 12. （5分）小车运动的快慢与轮子的多少有没有关系？

无碳小车的机构与运动分析

1 无碳小车的设计要求 设计一种小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换来的。竞赛时统一用质量为1Kg 的重块（￠50×65 mm，普通碳钢）铅垂下降来获得，落差400±2mm，重块落下后，须被小车承载并同小车一起运动，不允许从小车上掉落。要求小车行走过程中完成所有动作所需的能量均来自重物重力势能转换，不可使用任何其他的能量来源。要求小车具有转向控制机构，且此转向控制机构具有可调节功能，以适应放有不同间距障碍物的竞赛场地。要求小车为三轮结构。2 无碳小车机构运动设计和性能分 析 图1 无碳小车机构简图 小车由重物下降通过尼龙线带动绕 线轮为小车提供动力，由零件1，2,3,4,5 无碳小车的机构与运动分析 吴朝春 西南交通大学机械工程学院 四川成都 611756 组成的曲柄连杆机构控制前轮的摆动实现小车的导向，利用齿轮传动将动力传递到后轮轴实现小车的驱动。 同时为了更好的实现小车的性能要求：位移路程比V、位移S、、跑偏量L、绕桩数N，对小车五大机构进行最大程度优化。 3 无碳小车机构分析 3.1 无碳小车的结构组成 无碳小车主要有五大机构构成： 1）支撑机构：小车的骨架，是各机构布置的基础； 2）原动机构：提供小车运动的装置， 实现重物块重力势能转变为小车的动能； 3）传动机构：将原动机构一部分能 量传递到转向机构； 4）转向机构：完成小车的导向，保证小车实现预定轨迹运行； 5）驱动机构：实现小车的前进 。 3.2 支撑机构的设计车辆底板承受较大的载荷，而且要求在强度足够的情况下，重量尽可能地小。考虑到重量、加工成本等，底板采用3mm 厚的铝合金加工压制制作，底板前端叠加 一块加固板增加转向部分的强度；后轮主轴支架，大齿轮轴支架采用5mm 厚铝合金板制作，而且采用一体成型的方法，减小零件数量。铝的材料密度小，强度较大，而铝合金的性能更优于普通铝制材料，适合用来制作支架。其次，为了制作 和携带方便，将重物支撑架单独制作，将 每一根支架杆两端攻螺纹， 最后用螺栓固定到底板上。3.3 原动机构的设计 为了让重物的重力势能转化为小车的动能，即将重物块的直线下降运动（以小车底盘为参考系）转化为小车车轮的旋转运动。首先我们在结构中加入一个滑轮，通过滑轮和尼龙线我们可以将作用在重物块上的重力传递到绕线轴上，为驱动机构，转向机构的运行等提供保证，实现能量的转化。 3.4 传动机构的设计 经过原动机构已经实现了将重物块的直线下降运动（以小车底盘为参考系）转化为绕线轴的旋转运动。但仅仅只有原动机构并不能实现小车的行进功能。为此该小车必须设计一个转向机构，以及连接原动机构和驱动机构间的传动机构。传动机构的功能目标：实现传动比3：1将绕线轴的转动传递到后轮轴上 。传动功能的实现方式的选择：为了更好的实现传动机构的设计目标，本文作者根据该无碳小车的具体情况并在对比 了带传动和齿轮传动的优缺点后选择了齿数比为1:3的两个齿轮。 3.5 转向机构的选择 小车在行进过程中为了能完成“S”形前进，则小车必须有一个导向装置，本设计采用了前轮导向。为了能实现前轮导向的功能采用了曲柄连杆机构实现前轮的自动转向。转向机构由曲柄连杆机构构成。曲柄连杆机构配合紧密加工简单运动可靠，本文设计方案曲柄连杆机构由关节轴承、转向摇杆前微调轴、微调连接杆、转向摇杆后微调轴和微调曲柄组成，采用微调曲柄和微调连杆长度的改变，调节前轮转动角度的大小从而满足障碍物间距变化造成的路线改变。转向轴承为RBL 关节轴承，可以满足一定角度的空间任意方向的全尺寸旋转，因为为标准件可直接购买，降低了制作成本。 根据之前制作的无碳小车实际调试经验，转向机构的功能对无碳小车的运行效果起着至关重要的作用。特别是微调曲柄和微调连杆长度的长度对小车轨迹运行影响巨大。本文利用螺纹副来调节微调连杆长度，大大的提高了调节精度。同时转向机构也同样需要尽可能的减少摩擦耗能，满足结构简单，零部件易获得等基本条件。 3.6 驱动方式设计 为了尽量减少滑动摩擦带来能量的损失,小车要实现“S”形行进，则小车后轮应该在转弯时实现差速，避免滑动摩擦。 实现方式：后轮交替驱动。结构设计：利用单向轴承滚针轴承，同时为了增强小车行进的稳定性，利用普通轴承过盈配合连接，实现后轮轴与两后轮稳定连接。 4 运动分析 在重物下降的同时，尼龙线经过滑轮将力传递到绕线轴，形成转矩带动绕线轴的转动；通过曲柄连杆机构带动前轮的摆动实现前轮导向；通过齿轮啮合传动，将绕线轴的运动传递到后轮轴；后轮轴通过单向轴承将转动传递到后轮，后轮在地面给的摩擦力的作用下实现驱动；从而实现小车按照预定轨迹运行。