汽车行驶速度的PID控制系统仿真分析

发布时间:2023-07-19  

最近学习一下Simulink中PID控制器的使用算法,翻阅了一些书籍和论文,出现最多的例子就是汽车行驶速度的PID控制仿真。今天我们先提出汽车行驶的物理背景,再对其建模,最后进行simulink仿真分析。

图片

背景:

汽车行驶系统PID控制系统实质上是个速度反馈控制系统,通过系统的输出信号改变系统的输入信号,其工作原理为:

(1)汽车的速度操纵机构的位置发生改变以设置汽车的速度,因为操纵机构的不同位置对应着不同的速度。(相当于油门的位置我觉得)

(2)测量汽车的当前速度,并求取它与制定速度的差值;

(3)由速度差值信号驱动汽车产生响应的牵引力,并由此牵引力改变汽车的速度,直到其速度稳定在指定的速度为止。

数学模型:

1.汽车速度操纵机构位置变换器

汽车行驶速度控制系统的速度操纵机构变换器的作用,就是将操纵杆的位置转换为汽车期望行驶速度,操纵杆的位置与期望车速为线性关系,其数学模型为:

x为操纵机构的位置,x在0~1之间

在本次仿真中,假设期望速度为60km/h,则x为0.4。我们通过一个“滑块调整增益”的模块Slider Gain来设置增益为0.4,且下限为0,上限为1。

图片

2.汽车行驶速度PID控制器

汽车行驶速度PID控制器是实时检测当前速度,并与期望速度比较,对速度偏差进行PID处理,实质上是速度反馈模型,其数学模型为

图片

其中,u(t)为控制量,e(t)是当前速度与期望速度的偏差

3.汽车动力机构

汽车动力机构的作用就是在牵引力的作用下改变汽车的运行速度。牵引力与汽车行驶速度的关系为:

其中,m为汽车质量,我们取1500kg,v为汽车行驶过程中的速度,F为牵引力,b为汽车行驶过程中的阻尼系数,我们取20。

图片

汽车行驶速度PID控制系统仿真模型的建立与仿真

我们可以看出来,整个仿真系统分为三部分,汽车速度操纵机构位置变换器、汽车行驶速度PID控制器、汽车动力结构。

第一部分 ,我们输入操纵机构位置为0.4,即我们的预期速度是60km/h。

第二部分 ,通过检测实时速度,和预期速度比较,对速度偏差进行PID控制,我们Kp系数取15,Ki系数取1,Kd系数取0.1;

第三部分 ,我们其实是将PID控制之后的u(t)为牵引力F,数学模型为

两边取拉普拉斯变换,可得

图片

即传递函数为

图片

我们即可得到第三部分的反馈框图。

仿真结果:

设置仿真时间为1000s

汽车行驶速度有PID控制Simulink仿真模型及结果

图片

图片

汽车行驶速度无PID控制Simulink仿真模型及结果

图片

图片

对比图可知,在有PID控制的情况下,汽车行驶速度曲线很快收敛并达到稳定状态(我们设定的60km/h),在没有PID控制的情况下,汽车行驶速度只能达到某一很小值。

文章来源于:电子工程世界    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>