汽车速度的控制器的仿真研究
电动汽车动力系统设计及仿真研究
电动汽车动力系统设计及仿真研究一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，电动汽车作为一种清洁、高效的交通方式，正受到越来越多的关注和追捧。
电动汽车动力系统是电动汽车的核心组成部分，其性能直接决定了电动汽车的动力性、经济性和环保性。
因此，对电动汽车动力系统的设计及仿真研究具有非常重要的意义。
本文旨在探讨电动汽车动力系统的设计原则、关键技术及仿真方法，并通过案例分析，为电动汽车动力系统的优化设计提供理论支持和实践指导。
我们将介绍电动汽车动力系统的基本组成和工作原理，分析当前电动汽车动力系统的发展趋势和挑战。
我们将详细讨论电动汽车动力系统的关键技术，包括电池技术、电机技术、控制技术等，并分析这些技术如何影响动力系统的性能。
我们将介绍电动汽车动力系统的仿真方法，包括建模、仿真和优化等步骤，并通过实例展示仿真技术在电动汽车动力系统设计和优化中的应用。
本文期望能够为电动汽车动力系统的设计者和研究者提供有价值的参考信息，推动电动汽车动力系统的技术进步和应用发展，为实现可持续交通和绿色发展做出贡献。
二、电动汽车动力系统基础知识电动汽车动力系统作为电动汽车的核心组件，决定了车辆的性能表现和行驶效率。
了解和掌握电动汽车动力系统的基础知识，对于研究和设计高性能的电动汽车至关重要。
电动汽车动力系统主要由电池组、电机、控制器和传动系统等部分组成。
电池组作为动力源，为电机提供直流电能。
电机则将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。
控制器则负责调节电机的运行状态，以满足车辆加速、减速和制动等需求。
传动系统则负责将电机的动力传递到车轮上，使车辆得以行驶。
在电动汽车动力系统中，电池组的性能直接影响到车辆的续航里程和充电时间。
目前常见的电池类型包括锂离子电池、镍氢电池和燃料电池等。
其中，锂离子电池因其高能量密度、长寿命和较低的自放电率等优点，被广泛应用于电动汽车中。
电机作为电动汽车的驱动核心，其性能对车辆的动力性、经济性和舒适性等方面都有重要影响。
基于simulink汽车速度控制系统的设计与仿真
基于simulink汽车速度控制系统的设计与仿真摘要：目前许多汽车把汽车速度控制系统作为配属设备或选配设备。
汽车装有汽车速度控制系统后，当驾驶员启动这一装置并进行一些简单的设置后，该装置可自动保持某一恒定速度行驶，而不踩油门。
由于电子系统能准确地控制车辆的速度，从而使高速行驶的车辆更加安全、平稳。
在文中，首先对汽车的运动原理进行分析，建立控制系统简化模型，根据研究对象的物理特性建立起汽车速度控制控制系统的微分方程，再将该微分方程进行线性化处理，运用PID控制理论的方法对汽车速度控制控制系统进行分析和控制。
然后对汽车速度控制系统进行设计分析，在已有的模型下，对设计的汽车速度控制系统进行Matlab语言仿真。
关键词：速度控制系统PID控制仿真指导老师签名:Design and Simulation of the vehicle speedcontrol systemStudent name Class:Supervisor:Abstract:At present, many cars make car speed control system as an attachment device or optional equipment. The car is fitted with the motor speed control system, when the driver start the device and make some simple settings, the device can automatically maintain a constant speed, and do not step on the accelerator. Because the electronic system can accurately control the speed of the vehicle, so that the high-speed vehicles more secure, stable.In this paper, the first principle of the movement of automobile is analyzed, establishing control system is simplified model, based on physical characteristics of the research object to establish the vehicle speed control differential equation of the control system, then the differential equation is linearized by using the method of control theory, analyze and control the motor speed control system. Then the design of the vehicle speed control system, the existing model, to design vehicle speed control system simulation language Matlab.Keyword：Speed control system PID control simulationSignature of Supervisor:目录1绪论 (1)1.1选题的依据及课题意义 (1)1.2汽车速度控制研究概况及发展趋势 (1)2速度控制系统的简述 (3)2.1汽车速度控制系统原理 (3)2.2速度控制系统的分类 (3)2.3速度控制系统的基本用途 (4)2.4电子式多功能速度控制系统功能 (4)3系统模型建立及性能分析 (6)3.1汽车受力分析 (6)3.2行驶汽车仿真模型 (7)3.3 动态性能和稳态性能指标 (8)4 PID控制器 (10)4.1 PID控制简述 (10)4.2 PID控制规律 (10)4.3 PID作用分析 (14)5 系统仿真及结果分析 (15)5.1 SIMULINK简介 (15)5.2实验方案选择 (15)5.2.1采用P控制 (15)5.2.2采用PI控制 (20)5.2.3采用PID控制 (22)5.3实验结果分析 (25)总结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)1绪论1.1选题的依据及课题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。
汽车控制器线束的电磁兼容仿真研究
汽车控制器线束的电磁兼容仿真研究汽车控制器线束在车辆电气系统中起着至关重要的作用。
然而，在使用过程中，可能会面临许多电磁兼容问题，这些问题会影响到车辆的性能和可靠性，严重时甚至会对乘客的安全造成威胁。
因此，在研制和生产车辆控制器线束的过程中，需要进行电磁兼容仿真研究，以确保其能够正常工作且不产生不期望的干扰。
本文基于一款车型介绍汽车控制器线束的电磁兼容仿真研究。
首先，需要对车辆的电磁环境进行建模。
采用ANSYS Workbench软件进行模拟，建立模型，将车辆周围的电磁场与外部辐射源的影响考虑在内。
此时，在仿真中需要考虑到车辆轮毂转速、转向灯闪烁频率、车速在变化时产生的交流噪声等因素。
然后，需要在仿真软件中导入车辆控制器线束的三维模型。
考虑到线束内部的布线等细节问题，需要将其拆分为一个个子模型，导入到仿真软件中，并标记上各个导线之间的电气连接关系。
在这个过程中，需要特别注意每个线束接头的功率负载以及对地的接触情况。
接下来，对于每个线束，需要进行EMI/EMC仿真分析。
这样可以评估线束内导线之间的距离是否足够远，是否会产生电磁干扰，同时也评估线束的噪声抑制能力。
在进行分析过程中，需要确定线束内部的噪声来源，并根据此来选择合适的解决方案。
例如，可以采用滤波器降低高频噪声，或使用屏蔽材料避免低频辐射干扰。
这样可以提高线束的抗干扰能力，提高线束的可靠性。
最后，在仿真结果的基础上，对线束进行优化。
例如，可以移动线束细节，修改线束的走向，增加屏蔽材料等。
这样可以改善线束内部的电磁状况，从而提高整个系统的可靠性和电磁兼容性。
综上所述，汽车控制器线束的电磁兼容仿真研究是非常关键的。
通过此类研究可以排除线束内部的干扰问题，增强汽车系统极度的可靠性。
同时，也可以减少整个车辆的电磁干扰。
这项研究需要借助包括ANSYS Workbench在内的仿真软件，并结合现场测试与调整，最终得以保证汽车系统的完美工作。
在进行汽车控制器线束的电磁兼容仿真研究时，需要考虑到车辆的整体电磁环境。
《2024年电动汽车动力系统设计及仿真研究》范文
《电动汽车动力系统设计及仿真研究》篇一一、引言随着环保意识的逐渐增强和能源危机的日益严峻，电动汽车因其低排放、低噪音和高能效等优点，已成为未来汽车工业发展的主要方向。
动力系统作为电动汽车的核心部分，其设计及仿真研究显得尤为重要。
本文旨在探讨电动汽车动力系统的设计及其仿真研究，为电动汽车的研发提供理论依据和技术支持。
二、电动汽车动力系统设计1. 电池系统设计电池系统是电动汽车的动力来源，其性能直接影响到整车的性能。
电池系统设计应考虑电池类型、容量、充放电性能、安全性及成本等因素。
目前，锂离子电池因其高能量密度、长寿命和环保性等优点，已成为电动汽车电池的主流选择。
在电池系统设计中，还需关注电池管理系统（BMS）的设计，以实现对电池状态的实时监控和保护。
2. 电机系统设计电机系统是电动汽车的动力输出部分，其性能直接影响到整车的动力性和能效。
电机系统设计应考虑电机的类型、功率、转矩、效率及可靠性等因素。
目前，永磁同步电机和交流感应电机因其高效率和低成本等优点，在电动汽车中得到了广泛应用。
3. 控制器系统设计控制器系统是电动汽车动力系统的核心控制部分，负责协调和控制电池、电机等各部分的工作。
控制器系统设计应考虑控制策略、算法、硬件和软件等方面。
通过优化控制策略和算法，实现能量的高效利用和整车性能的优化。
三、动力系统仿真研究动力系统仿真研究是电动汽车设计的重要环节，通过对动力系统的仿真分析，可以预测整车的性能和能效，为动力系统的设计和优化提供依据。
1. 仿真模型的建立根据电动汽车动力系统的结构和工作原理，建立各部分的仿真模型。
通过设定仿真参数和边界条件，实现对动力系统的仿真分析。
2. 仿真分析通过对仿真结果的分析，可以得出整车的性能参数、能效及各部分的工作状态。
通过对比不同设计方案和参数的仿真结果，为动力系统的优化提供依据。
四、结论本文对电动汽车动力系统的设计及仿真研究进行了探讨。
通过对电池系统、电机系统和控制器系统的设计，实现了对电动汽车动力系统的全面优化。
液力缓速器恒速控制策略的仿真
液力缓速器的叶轮设计对其性能 有着重要影响，通常采用径向叶 片式设计，叶片数量和形状对阻 力产生和热量转移有关键作用。
液力缓速器种类及特点
径向叶片式
径向叶片式液力缓速器是最常见的一种，具有较高的减速性能和稳定性。
轴向叶片式
轴向叶片式液力缓速器具有体积小、重量轻的优点，但减速性能相对较低。
蜗壳式
研究方法
首先，对液力缓速器的工作原理和特性进行分析；接着，设计并实现一种基于模糊逻辑的恒速控制策略；最后， 通过MATLAB/Simulink进行仿真实验，对比分析不同控制策略下的液力缓速器性能。
02
液力缓速器概述
液力缓速器工作原理
工作原理简介
液力缓速器是一种利用液力阻力 的减速装置，其工作原理基于液 体在旋转的叶轮中产生的阻力效 应。
结果分析
通过对实验结果的分析，可以得出液 力缓速器恒速控制策略的有效性和可 行性。
结果比较与讨论
结果比较
将实验结果与理论分析结果进行比较，发现两者基本一致，证明了恒速控制策 略的正确性。
结果讨论
通过对实验结果和理论分析结果的讨论，可以发现液力缓速器恒速控制策略在 实际应用中具有很高的价值，能够有效地提高车辆的制动性能和安全性。
仿真结果分析
仿真结果输出
通过仿真软件得出液力缓速器恒速控制策略 的仿真结果，包括关键参数的曲线图、数据 表等。
结果分析与解释
对仿真结果进行深入的分析和解释，明确各参数对 液力缓速器恒速控制效果的影响。
存在问题揭示
根据仿真结果，揭示液力缓速器恒速控制策 略中存在的问题，为优化提供依据。
仿真结果优化
蜗壳式液力缓速器具有较高的热效率，但设计复杂，体积较大。
基于Simulink的汽车稳定控制系统仿真研究
（ Ｄ Ｓ Ｃ ） 等．
为 了清 晰 的显 示 汽车稳 定 控制 系统 的工 作过
程， 把控制过程分 成信息采集模块 、 数 值 估 算 模 块、 ２自由度 汽 车模 型 模 块 、 稳定性 判断模块 、 控 制 器模 块和 执行 机构 模块 这 ６ 个模块 ， 见图 １ ． 信
息 采集 模块 采集 轮速 、 实 际横摆 角 期
２ ０ １ ４年 Ｏ ２月
武汉 理工 大学 学报 （ 交通 科学 与工 程版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
（ Ｔｒ ａ ｎ ｓ ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ）
０ 引
言
效果； （ ４ ）执行手 段 的 问题 ， 当获 知 汽 车失 稳 时通 过 什 么样 的操作 来使 汽车恢 复 稳定 状态 ． 为 解决 上述 关 键 问题 ， 研究一种以模糊 Ｐ Ｉ Ｄ 和神经 网络 控制 器 为 控 制 算 法 ， 以横 摆 角 速 度 和 质 心侧 偏角 为 控制 变 量 ， 以 汽车 车 轮 的差 动 制 动 为控 制 手 段 的 汽 车 稳 定 控 制 系 统 ， 并 用 ＭＡＴ— Ｌ ＡＢ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ软件进 行 了仿 真研究 ．
车辆横摆角速度跟踪控制仿真研究
ｍ 为整 车质 量 ；
为前轮侧向力 ； 为后轮侧 向力 ；
Ｖ
为前进速度 ； 为侧 向速度 ；
１ 二 自由度前轮转 向车辆运动方 程
假定汽车在水平路面上匀速行驶 ，这样可 以简 化成考虑质心处侧偏角 及 横摆角速度二 自由度
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — ０ ５ － ０ １
为车辆绕轴 的转动惯量 ； ｏ 、 ６ 为前后轮到车辆质心的距离 ； ｋ ｌ ， ｋ 为前后轮侧偏 刚度 ； 为前轮转 向角； 为车辆质心侧偏角 ；
基 金项 目： 湖南省教育厅科学研究 资助项 目（ 项目 编号 ： １ １ ｃ ｏ ８ １ ｏ ） 。 作者简 介： 杨胜 培（ １ ９ ６ ８ 一 ） ， 男， 湖南岳 阳人 ， 讲师 ， 从事 车辆 动力学及其控制 的研究 。
（ ｌ 一６ ｜ ｉ ｝ ２ ） ／ ｍ ｙ 一 １ ；
∞ ＝（ ａ ｋ １ 一ｂ ｋ ２ ） ／ Ｉ ｚ ；
ａ ４ ＝（ ｌ —ｂ ２ ｋ ２ ） ／ Ｖ ｘ ；
ｂ ｌ ＝一 １ ／ Ｆ ｔ ｌ Ｕ ， ； ｂ ２ ＝一 ａ ｋ ｌ ／ Ｉ ｚ ；
Ｐ Ｉ Ｄ控制方法简单方便 、 可靠性高 ， 但鲁棒性差 ，
横摆角速度是汽车行驶过程 中重要的状态参数 的线性动力学模 型， 二 自由度车辆模型如图 １ 所示 。 之一 ，研究汽车稳定性控制时采用较多 的是以横摆 二 自由度分别为横摆 、 侧 向； 侧 向和横摆动力学方程
角速度为控制 目标的策略 ，或者直接或间接以车辆 如下 ：
的横摆角速度为其 中的一项控制 目标。文献［ １ 】 采用 基 于参考模型的横摆角速度反馈控制研究 车辆 的稳 定性 ， 文献［ ２ ］ 应用车辆 的横摆角速度、 车辆质心的侧 向速度 以及车辆的前轮转 角作为反馈量实现车辆横 摆角速度的跟踪控制 ， 通过控制车辆 的横摆力矩 ， 获
控制系统仿真实验报告书
一、实验目的1. 掌握控制系统仿真的基本原理和方法；2. 熟练运用MATLAB/Simulink软件进行控制系统建模与仿真；3. 分析控制系统性能，优化控制策略。
二、实验内容1. 建立控制系统模型2. 进行仿真实验3. 分析仿真结果4. 优化控制策略三、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 软件环境：MATLAB R2020a、Simulink3. 硬件环境：个人电脑一台四、实验过程1. 建立控制系统模型以一个典型的PID控制系统为例，建立其Simulink模型。
首先，创建一个新的Simulink模型，然后添加以下模块：（1）输入模块：添加一个阶跃信号源，表示系统的输入信号；（2）被控对象：添加一个传递函数模块，表示系统的被控对象；（3）控制器：添加一个PID控制器模块，表示系统的控制器；（4）输出模块：添加一个示波器模块，用于观察系统的输出信号。
2. 进行仿真实验（1）设置仿真参数：在仿真参数设置对话框中，设置仿真时间、步长等参数；（2）运行仿真：点击“开始仿真”按钮，运行仿真实验；（3）观察仿真结果：在示波器模块中，观察系统的输出信号，分析系统性能。
3. 分析仿真结果根据仿真结果，分析以下内容：（1）系统稳定性：通过观察系统的输出信号，判断系统是否稳定；（2）响应速度：分析系统对输入信号的响应速度，评估系统的快速性；（3）超调量：分析系统超调量，评估系统的平稳性；（4）调节时间：分析系统调节时间，评估系统的动态性能。
4. 优化控制策略根据仿真结果，对PID控制器的参数进行调整，以优化系统性能。
调整方法如下：（1）调整比例系数Kp：增大Kp，提高系统的快速性，但可能导致超调量增大；（2）调整积分系数Ki：增大Ki，提高系统的平稳性，但可能导致调节时间延长；（3）调整微分系数Kd：增大Kd，提高系统的快速性，但可能导致系统稳定性下降。
五、实验结果与分析1. 系统稳定性：经过仿真实验，发现该PID控制系统在调整参数后，具有良好的稳定性。
汽车横摆角速度模糊自适应PID控制器设计与仿真
m a b − 为稳定性因数。 L2 k2 k1
3. 模糊自适应 PID 控制器设计
3.1. 确定模糊控制器结构
由于受控对象具有非线性与时滞性，为了得到良好的控制性能，我们不仅观测系统的误差 e，同时应 该观测其误差变化 ec 的趋势并将其作为输入。将 PID 个参数 K P , Ti , Td 作为输出，因此，本文中选定控制 器的结构为两输入三输出的控制器。
Modeling and Simulation 建模与仿真, 2014, 3, 68-74 Published Online August 2014 in Hans. /journal/mos /10.12677/mos.2014.33010
2. 建立转向线性二自由度汽车模型
汽车横摆角速度控制需要根据方向盘转角信息来判断驾驶员的转向意图，为了便于研究，本文将把 汽车作为线性系统来分析讨论.建模时，忽略转向系统的影响，直接以前轮转角作为输入；忽略悬架的作 用，认为汽车车厢只作平行于地面的平面运动，即汽车沿 z 轴的位移，绕 y 轴的俯仰角与绕 x 轴的侧倾 角均为零。因此，汽车只有沿 y 轴的侧向运动与绕 z 轴的横摆运动这样两个自由度。此外，汽车的侧向 加速度限定在 0.4 g(正常行驶工况下)以下， 轮胎侧偏特性处于线性范围。 在建立运动微分方程时还假设： 驱动力不大，不考虑地面切向对轮胎侧偏特性的影响，没有空气动力的作用，忽略左、右车轮轮胎由于 载荷的变化而引起轮胎特性的变化以及轮胎回正力矩的作用。建立线性二自由度的汽车模型[2]作为汽车 横摆角速度控制的参考模型，如图 1 所示。图中， FY 1 、 FY 2 为地面对前、后轮的侧向反作用力，即侧偏 汽车前、 后轴中点的速度为 u1 、u2 ； 侧偏角为 α1 、α 2 ； 质心的侧偏角为 β ，β = v u ； 力；δ 为前轮转角；
电动汽车纵向加速度控制仿真研究
１ 加速度模型
汽车的乘坐舒适性 ， 于驱动系统则体现于变 对
速 的均 匀性 。如在 汽 车起 步 的 １ ２ ｋ ｈ速度 范 ０～ ０ ｍ／ 围内 ， 驱动系 统转 矩 不 规 律 的变 化 易 引 起加 速度 太 大或变化不平滑， 使车身产生颤振或冲击 ； 而控制 电机转矩 即加 速度 对纵 向变速 均匀性 的影 响则 可更 直接 避免 发生 这 种 现 象 研 究 数 据表 明 ： 水 平 方 在
ａ ｏ ｔｄ ｔ ｏｔ ｎ ｔ ｅ ｉ ａ ｔ ａ ｓ ｄ ｂ ｈ ｂ ｕ ｔ ｈ ｎ ｅ ｏ ｃ ｅ ｅ ａｉｎ Ａ ａ ｔ ｈ ｔｒ ｎ ｎ ｐ ｅ ａ ａｉｎ ｄ ｐ ｅ ｏ ｓ ｆ ｈ ｍｐ ｃ ｕ ｅ ｙ ｔ ｅ ａ ｒ ｐ ａ ｇ ｆａ ｃ ｌｒ ｔ ． ｔｌ ｓ ，ｔ ｅ ｓａｔ ｇ ａ ｄ ｓ ｅ ｄ ｖ ｒ ｔ ｅ ｃ ｃ ｏ ｉ ｉ ｏ ｐ ｏ ｅ ｓｏ ｅ ｅｅ ｔ ｃ ｖ ｈ ｃｅ ａ ｅ ｓｍｕ ａｅ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｃ ｅ ａ ａ ｉ ｈ ｆ ｃ ｉｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｆ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆ ｈ ｌｃｒ ｅ ｉ ｌ ｒ ｉ ｌｔ ｄ ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ｅ ｓ ｈ ｍｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｚ ｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｏ ｔ ｅ ｔ ｉ ｓ ｈ ｔ ｅ ｅ ｖ ｏｏ ｔ
『 ｓｒ ｃ ］ Ａｎ ａ ｃ ｌｒｔ ｎ ｍｏ ｅ ｏ ｌｃｒ ｅ ｉｌ ｉ ｐ ｅｅ ｔｄ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｎ ｌｓｓｏ ｈ ｒ ｅｓｓ Ａｂ ｔａ ｔ ｃ ｅｅａｉ ｄ ｌｆｒｅｅ ｔ ｃｖ ｈｃｅ Ｓ ｒｓｎｅ ． ａｅ ｎ ｔｅ ａ ａ ｉ ｎ ｔｅ ｄ ｖ ｙ． ｏ ｉ ｙ ｉ
（ 北京科技大学信 息．程 学院， Ｙ － 北京 １０ ８ ） ００ ３
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Gc ( S )
数。
U (S ) 1 KI KP 1 T S TD S K P S K DS E (S ) I
(式1-2)
式1-2中 K P 为比例系数; TI 为积分时间常数; TD 为微分时间常 PID控制具有是3种单独控制作用各自的优点,它除可提供一个 位于坐标原点的极点外,还提供两个零点,为全面提高系统动态和
KP 稳态性能提供了条件。 式1-2中 TI K 称为PID控制器的积分时 I KD 间; TD K 称为PID控制器的微分时间。 实际PID控制器的传递函 P 数其中微分作用项多了一个惯性环节,这是因为实际元件很难实现 理想微分环节。 在控制系统中应用这种控制器时,只要 K P 、 TD 配 TI 、 合得当得到好的控制效果。
2 PID控制器的原理与算法
图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。 调节器的输出作为被控对 象的输入控制量。 PID控制算法的模拟表达式为 1 1 de(t ) (t ) k P [e(t ) e(t )dt TD ] (式1-1) 0 TI dt 相应的传递函数为
2014年2月上 第3期 总第183期
图 2 PID 控制系统的阶跃响应曲线
55
4 PID控制器在汽车速度控制设计中的应用
控制器设计的最主要的问题是参数整定问题。 在实际系统设计 过程中,可以根据经验数据,先设定各个参数取值范围,然后利用 MATLAB程序分析各个参数在设定范围内的变化对系统的影响。 最 后结合经验数据取值范围和分析出的参数对系统的影响规律对PID 参数取值,使参数配合达到良好的效果,最终使系统满足性能指标 要求。 下面讨论汽车运动系统中PID参量的变化对系统控制作用的 影响。 在讨论一个参量的影响时,设其它参量为常数。 微分系数减小,系统响应速度越快;同时,超调量越大。 是适当 增大微分系数可以减小超调,改善系统动态性能。 PID控制器比PI控 制器的响应速度快,性能稳定。 为了及时准确控制汽车起动时达到 设计的性能要求,可以在其控制系统中加入PID控制,而PID控制器 参数的测量变送器送来的信号与给定值进行比较,得到偏差 信号,并以预先设定的参数(比例系数、 积分时间、 微分时间)进行运 算,且将运算结果送至执行器。 因而PID控制中一个至关重要的问 题,就是控制器三参数(比例系数、 积分时间、 微分时间)的整定。 PID调节器参数的整定一般都是通过试凑法反复运算才能确 定,普遍存在计算量大的问题。 我们使用了汽车的速度控制问题的 阐明获得的符合我们的设计规格的根轨迹方法。 PID控制器结构和算法简单,应用广泛,但参数整定方法复杂, 通常用凑试法来确定。 文中探讨利用MATLAB实现PID参数整定及 仿真的方法。
图 1 典型 PID 控制系统结构图
5 结语
通过汽车速度控制器的仿真设计可知,在传统的PID调节器中, 确定 K P 、 因此,控制 TI 、 TD 3个参数的值,是对系统进行控制的关键。 最主要的问题是参数整定问题,在PID参数进行整定时,若有理论方 法确定PID参数当然最为理想,但实际应用中,利用MATLAB强大 的仿真工具箱的功能,可以方便地解决参数整定问题。 参考文献: [1]王建辉,顾树生.自动控制原理.清华大学出版社,2007. [2]李秋红,叶志峰,徐爱民.自动控制原理试验指导.国防工业出版社,2007. [3]王政林.Matab/simulink与控制系统仿真.北京:电子工业出版社,2006. [4]薛定宇.反馈控制系统设计与分析—MATLAB语言应用.北京:清华 大学出版社,2000.
3 速度控制器的设计方法
汽车速度控制器的设计方法除了试凑法外, 还有另一种是 MATLAB对PID控制器参数的整定。 本文是主要利用MATLAB仿真对PID控制器参数整定,并同时 证明了MATLAB仿真作用在PID控制器参数整定中的优越性。 由此 证明了MATLAB仿真在控制系统的参数整定中有着一般试凑法不 可比拟的优势。 利用MATLAB程序对实际系统的PID控制器参数进 行仿真,大大减少了试凑法中反复修改参数、 反复试运行的缺点,具 有方便、 快捷、 省时、 直观的优点。 (1)利用MATLAB对PID参数进行整定和仿真,省去了传统方法 反复修改参数,反复试运行,方便、 快捷、 省时、 直观。 (2)增大比例系 数 K P 将加快系统的响应,有利于减小静差,但是过大会使系统有较 大的超调,使稳定性变坏; K P 取值过小,会使系统的动作缓慢。 (3)增 大积分时间TI有利于减小超调,减小振荡,使系统的稳定性增加,但 系统静差消除时间变长;若TI过小,系统的稳态误差将难以消除,导 致系统不稳定。 (4)增大微分时间TD有利于加快系统的响应速度,使 系统超调量减小,稳定性增加。 但TD不能过大,否则会使超调量增 大,调节时间较长;若TD过小,同样超调量也增大,调节时间也较长。
China Science & Technology Overview
信息技术
汽车速度的PID控制器的仿真研究
李欣洋 (朝阳工程技术学校,辽宁朝阳 122000)
【摘 要】随着汽车的发展越来越快,汽车速度问题也逐渐凸显出来,我们利用MATLAB 程序实现自动控制中PID 参数整定及仿真,本文通过 MATLAB 编程语言实现仿真主要探讨了在汽车运动控制系统中PID 参数的整定过程中MATLAB 仿真的应用。 【关键词】 PID控制器 汽车速度的控制 MATLAB仿真