Matlab汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1緒論1.1選題背景與意義汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚拇浇煌üぞ?，在汽車發(fā)達(dá)國(guó)家，旅客運(yùn)輸?shù)?0%以上，貨物運(yùn)輸?shù)?0%以上由汽車來(lái)完成，汽車工業(yè)水平和家庭平均擁有汽車數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志。進(jìn)行汽車運(yùn)動(dòng)性能研究時(shí).一般從操縱性、穩(wěn)定性和乘坐舒適性等待性著手。但近年來(lái).隨著交通系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，考慮了道路環(huán)境在內(nèi)的汽車運(yùn)動(dòng)性能開(kāi)始受到關(guān)注。因此，汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究也顯得尤為重要，在文中，首先對(duì)汽車的運(yùn)動(dòng)原理進(jìn)行分析，建立控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型，確定期望的靜態(tài)指針（穩(wěn)態(tài)誤差）和動(dòng)態(tài)指針（超調(diào)量和上升時(shí)間）。然后對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。從而確定系統(tǒng)的最佳靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指

2、針。2論文基本原理分析2.1.1汽車運(yùn)動(dòng)橫向控制（1）絕對(duì)位置的獲得方法汽車橫向方向的控制使用GPS臺(tái)球定位系統(tǒng)）的絕對(duì)位置信息。GPSS息的精度與采樣周期、時(shí)間滯后等有關(guān)。為提高GPS勺數(shù)據(jù)精度和平滑數(shù)據(jù).采用卡爾曼濾波對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。GPS勺采樣周期為200m粥對(duì)應(yīng)控制白周期采用50mse另外考慮通信等的滯后、也需要進(jìn)行補(bǔ)償，采用航位推測(cè)法（deadreckoning）解決此問(wèn)題。通過(guò)卡爾曼濾波和航位推測(cè)法推算出的值作為汽車的絕對(duì)位置使用來(lái)控制車速、橫擺角速度等車輛的狀態(tài)量。GPS的數(shù)據(jù)通過(guò)卡爾曼濾波減少偏差、通過(guò)航位推測(cè)法進(jìn)行誤差和遲滯補(bǔ)償.提高了位置數(shù)據(jù)推算的精度。（2）前輪轉(zhuǎn)角變

3、化量的算出方法這里對(duì)前輪目標(biāo)轉(zhuǎn)角變化量（）的算出方法作簡(jiǎn)要說(shuō)明，橫方向控制采用預(yù)見(jiàn)控制，可以從現(xiàn)在汽車的狀態(tài)預(yù)測(cè)經(jīng)過(guò)時(shí)間秒后的汽車位置，由秒后的預(yù)測(cè)位置和目標(biāo)路徑的位置可以算出秒后為沿著目標(biāo)路徑行駛所需要的汽車橫擺角速度。這個(gè)數(shù)值前回饋或者從與現(xiàn)在值的目標(biāo)路徑的誤差的反饋來(lái)推算前輪目標(biāo)轉(zhuǎn)角變化量（式（1）.式式中為控制周期，根據(jù)與現(xiàn)在目標(biāo)路徑的誤差最小的原則來(lái)求解。2.1.2汽車運(yùn)動(dòng)縱方向的控制建立一個(gè)合理的傳動(dòng)系統(tǒng)模型是設(shè)計(jì)高性能汽車縱向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。目前縱向運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型主要有兩類：一類是忽略傳動(dòng)系統(tǒng)的部分動(dòng)態(tài)特性得到簡(jiǎn)化模型：另一類是通過(guò)對(duì)輸入輸出特性辨

4、識(shí)得到簡(jiǎn)化模型。本文借鑒文獻(xiàn)，忽略傳動(dòng)系統(tǒng)的部分動(dòng)態(tài)特性，將車輛簡(jiǎn)化為兩輪模型，對(duì)于前輪驅(qū)動(dòng)車輛，整車受力如圖1所示。前后車輪運(yùn)動(dòng)方程分別為上式中和，分別為前后輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（左右輪之和），為后輪轉(zhuǎn)速，和分別為前后車輪的垂直載荷（左右輪之和），和分別為前后輪切向力（左右輪之和），r為車輪半徑，f為滾動(dòng)阻力系數(shù)。對(duì)于汽車縱向運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，不會(huì)出現(xiàn)非常大的加減速度，采用線性化輪胎模型，得到切向力與滑移率關(guān)系為：。式中為輪胎縱向剛度，s為滑移率。驅(qū)動(dòng)時(shí)s=l-v/（r,制動(dòng)時(shí)s=l-（r«）/vo認(rèn)為風(fēng)阻作用于汽車質(zhì)心，則前后輪垂直載荷分別為式中M為整車品質(zhì)；a和b分別為前后軸到質(zhì)心的距離，L

5、=a+b；為質(zhì)心至地面的高度。整車運(yùn)動(dòng)方程為，式中風(fēng)阻系數(shù)，A為等效迎風(fēng)面積。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、渦輪轉(zhuǎn)速、半軸轉(zhuǎn)矩、前后輪轉(zhuǎn)速、車速7狀態(tài)的非線性傳動(dòng)系統(tǒng)模型，在低頻帶內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)特性基本無(wú)影響，如果控制系統(tǒng)只涉及較低頻段.可以忽略發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)。忽略了半軸、輪胎滑移以及載荷轉(zhuǎn)移和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，只包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速2個(gè)狀態(tài)。飛輪運(yùn)動(dòng)方程為整車運(yùn)動(dòng)方程為2.2 汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的模型簡(jiǎn)化分析考慮圖2所示的汽車運(yùn)行控制系統(tǒng)。如果忽略車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.并且假定汽車受到的摩擦阻力大小與運(yùn)動(dòng)速度成正比，方向與汽車運(yùn)動(dòng)方向相反，則該系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)單的質(zhì)量阻尼系統(tǒng)。根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，該系統(tǒng)的模

6、型（亦即系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)力方程）表示為:（3-1）其中，u為汽車的驅(qū)動(dòng)力。為了得到控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，對(duì)式（3-1）進(jìn)行Laplace變換。假定系統(tǒng)的初始條件為零，則動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的Laplace變換為：由于系統(tǒng)輸出是汽車的運(yùn)動(dòng)速度，用Y(S)替代V(s),得至上因此.汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)模型的傳遞函數(shù)為:2.3 汽車控制系統(tǒng)PID控制器的校正根據(jù)階躍響應(yīng)曲線.利用串聯(lián)校正的原理.以及參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響，對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能指針進(jìn)行具體的分析，最終設(shè)計(jì)出滿足我們需要的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)在未加入任何校正環(huán)節(jié)時(shí)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，在MATLAB境下對(duì)系統(tǒng)未加校正時(shí)開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)曲線進(jìn)行仿真.繪制如圖3階躍響應(yīng)曲線，圖中系

7、統(tǒng)的開(kāi)環(huán)響應(yīng)曲線未產(chǎn)生振蕩，其上升時(shí)間約100秒，穩(wěn)態(tài)誤差達(dá)到98%,遠(yuǎn)不能滿足跟隨設(shè)定值的要求。圖3圖4(1)首先選擇P校正，也就是在系統(tǒng)中加入一個(gè)比例放大器，為了大幅度降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，同時(shí)減小上升時(shí)間。P校正后系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：此時(shí)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值為/。本系統(tǒng)的比例增益(即穩(wěn)態(tài)值為800/(50+800)=0.941,這樣可以把系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差降低到0.06左右。加入P校正后控制系統(tǒng)的死循環(huán)階躍響應(yīng)曲線如圖3所示。圖中，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)值約為0.941.穩(wěn)態(tài)誤差約為5.9%,這和最初的設(shè)計(jì)要求仍有差距，并且上升時(shí)間在7秒左右，不能達(dá)到設(shè)計(jì)的需要。因此我們選擇PI校正。(2)加入PI校正器后

8、系統(tǒng)的閉環(huán)單位反饋傳遞函數(shù)為：考慮到的作用.我們可以大幅度降低，取。，在MATLAB境下仿真得出的系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖4(中)所示。從圖4(中)中可以得知，加入PI校正后系統(tǒng)的上升時(shí)間有所下降，但仍大于5秒。同時(shí)又產(chǎn)生了另一個(gè)問(wèn)題，系統(tǒng)的超調(diào)量達(dá)到了26.43%.這是使用積分器帶來(lái)的副作用。因此適當(dāng)?shù)丶尤胛⒎至俊?3)可以選擇PDK正，此時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)單位反饋傳遞函數(shù)為：鑒于對(duì)上升時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差影響不大.我們?cè)谙拚幕A(chǔ)上.將降低少許，給出=10。系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖4(中)所示。(4)加入PID校正，此時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)單位反饋傳遞函數(shù)為：,和的選擇一般先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定一個(gè)大致的范圍，然后通過(guò)MATLAB制的

9、圖形逐步校正。這里我們?nèi)?700,=100,=100。得到加入PLD5正后系統(tǒng)的死循環(huán)階躍響應(yīng)如圖4(右)所示。從圖4(右)中可以得出，系統(tǒng)的靜態(tài)指針和動(dòng)態(tài)指針，已經(jīng)很好的希望是本無(wú)所謂有，無(wú)所謂無(wú)的。這正如地上的路；其實(shí)地上本沒(méi)有路，走的人多了，也便成了路。滿足了設(shè)計(jì)的要求。上升時(shí)間小于5s,超調(diào)量小于8%,約為6.67%圖5根據(jù)系統(tǒng)的性能指針和一些基本的整定參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)，選擇不同的PID參數(shù)進(jìn)行模擬,最終確定滿意的參數(shù)。這樣做一方面比較直觀，另一方面計(jì)算量也比較小，并且便于調(diào)整c2.4 汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)根軌跡校正的設(shè)計(jì)過(guò)程為了減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，同時(shí)盡量減小超調(diào)量和上升時(shí)間的變化，達(dá)到滿意的

10、效果,我們需要從相位的角度來(lái)考慮，改變控制器的結(jié)構(gòu)，從而想到相位滯后器的作用。相位滯后器的傳遞函數(shù)為：這樣.整個(gè)系統(tǒng)的死循環(huán)傳遞函數(shù)就變成了:滯后控制器的零極點(diǎn)應(yīng)設(shè)計(jì)成緊靠在一起，這樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差將減小/倍根據(jù)上面的分析，將設(shè)計(jì)成-0.3,而等于-0.03。圖6圖7得到的根軌跡如圖7中。在實(shí)軸的-0.35的位置附近選擇期望點(diǎn)，得到圖7所示的系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線。從圖7中可以得知，這時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差已經(jīng)滿足設(shè)計(jì)要求。出現(xiàn)的少量超調(diào)亮是加入之滯后控制器的結(jié)果。死循環(huán)系統(tǒng)的超調(diào)量約為7.64%,滿足小于8%勺設(shè)計(jì)要求，上升時(shí)間約為2.5秒，以及穩(wěn)態(tài)誤差都已經(jīng)滿足設(shè)計(jì)要求。3對(duì)論文采用的理論和方法進(jìn)行研

11、究本論文利用MATLAB寸簡(jiǎn)化后的汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，由于文中沒(méi)有具體過(guò)程，圖形也不能分辨精確值，擴(kuò)寫(xiě)時(shí)我進(jìn)行具體分析并按照自己的理解進(jìn)行仿真。文中簡(jiǎn)化后的汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為一，其開(kāi)環(huán)傳遞為一階慣性系統(tǒng)。而全文沒(méi)有提及汽車的質(zhì)量m（經(jīng)過(guò)后面的仿真，選取m值為800。）由于文中圖形的分辨率問(wèn)題，不能從文中讀出精確值，仿真結(jié)果只能接近源圖形，但已經(jīng)足夠完成要求，即對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)控制簡(jiǎn)化模型的PID校正。1.1.1 汽車運(yùn)動(dòng)控制簡(jiǎn)化模型傳遞函數(shù)仿真設(shè)計(jì)對(duì)原開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)利用MATLA進(jìn)行單位階躍輸入響應(yīng)的仿真。仿真程序如下:b=50;m=800;t=0:0.1:120;y=1;u=mb

12、;sys0=tf(y,u);y1,t=step(sys0,t);sys1;plot(t,y1);grid;xlabel('Time(seconds)'),ylabel('StepResponse')仿真結(jié)果圖形如圖8,圖中上升時(shí)間明顯偏大，大約60秒，而且穩(wěn)態(tài)誤差有98%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足論文中的要求，但原文中沒(méi)有對(duì)要求進(jìn)行統(tǒng)一，所以下文中我選定上升時(shí)間小于5秒，超調(diào)量8%,穩(wěn)態(tài)誤差小于2%。esnoDseRDPTS0.020.0180.0160.0140.0120.010.0080.0060.0040.00220406080Time(seconds)100120圖

13、8閉環(huán)傳遞函數(shù)單位階躍輸入響應(yīng)1.1.2 汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)P校正函數(shù)仿真設(shè)計(jì)論文對(duì)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)進(jìn)行PID校正，文中是通過(guò)三步嘗試得到最終PID校正參數(shù)。首先要減小系統(tǒng)的上升時(shí)間，進(jìn)行P校正，即在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中加入比例放大環(huán)節(jié)，P校正后系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞環(huán)數(shù)為按文中數(shù)據(jù)取kp=800,原系統(tǒng)b=50,m=800。利用MATLAB進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍輸入響應(yīng)仿真。仿真程序如下：kp=800;b=50;m=800;t=0:0.1:7;y=kp;u=mb+kp;sys1=tf(y,u);y1,t=step(sys1,t);sys1;plot(t,y1);grid;xlabel('Time(secon

14、ds)'),ylabel('StepResponse')仿真結(jié)果圖形如下圖9esooDseRDprs81J(fI10.90.80.70.60.50.40.30.20.10012345Time(seconds)6圖9閉環(huán)傳遞函數(shù)單位階躍輸入響應(yīng)具體分析：令比較系數(shù)得T=16/17,一階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)是一個(gè)按指數(shù)規(guī)律單調(diào)上升的過(guò)程，其動(dòng)希望是本無(wú)所謂有，無(wú)所謂無(wú)的。這正如地上的路；其實(shí)地上本沒(méi)有路，走的人多了，也便成了路。態(tài)性能指標(biāo)中不存在超調(diào)量、峰值時(shí)間、上升時(shí)間等項(xiàng)。按一階系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間定義：,計(jì)算得，當(dāng)增大系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)會(huì)使T減小，減小。經(jīng)過(guò)P校正后上升時(shí)間明

15、顯減小，但穩(wěn)態(tài)誤差約為5.9%,還是不能滿足要求。1.1.3 汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)PI校正函數(shù)仿真設(shè)計(jì)利用PI校正改進(jìn)系統(tǒng)，PI控制不僅給系統(tǒng)引進(jìn)一個(gè)純積分環(huán)節(jié)，而且還引進(jìn)一個(gè)開(kāi)環(huán)零點(diǎn)。純積分環(huán)節(jié)提高了系統(tǒng)的型別，從而有效的改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，但穩(wěn)定性會(huì)有所下降。所以，比例加積分環(huán)節(jié)可以在對(duì)系統(tǒng)影響不大的前提下，有效改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。PI校正后的閉環(huán)傳遞環(huán)數(shù)為：利用MATLA進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍輸入響應(yīng)仿真程序如下:b=50;m=800;kp=200;ki=70;t=0:1:45;y=kpki;u=mb+kpki;sys2=tf(y,u);y2,t2=step(sys2,t);plot(t2,

16、y2);grid;xlabel('Time(seconds)'),ylabel('StepResponse')仿真結(jié)果圖形如下圖100.251015202530354045Time(seconds)/21-86/esnoDSORDrs圖10閉環(huán)傳遞函數(shù)單位階躍輸入響應(yīng)仿真結(jié)果分析:此系統(tǒng)為具有一個(gè)零點(diǎn)的二階系統(tǒng)，零點(diǎn)對(duì)此系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析參考教材自動(dòng)控制原理分析如下：把上式寫(xiě)成為系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)不難發(fā)現(xiàn)，根據(jù)拉氏變換的微分定理由于，故希望是本無(wú)所謂有，無(wú)所謂無(wú)的。這正如地上的路；其實(shí)地上本沒(méi)有路，走的人多了，也便成了路。是典型的二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，而是典型

17、二階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)（乘以系數(shù)）。一般情況下，零點(diǎn)的影響是使響應(yīng)迅速且具有較大的超調(diào)量，正如圖所示。零點(diǎn)越靠近極點(diǎn)，對(duì)階躍響應(yīng)的影響越大。1.1.4 汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)PD校正函數(shù)仿真設(shè)計(jì)加入PD控制校正，閉環(huán)傳遞函數(shù)為利用MATLA進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍輸入響應(yīng)仿真程序如下：b=50;m=800;kp=200;kd=10;t=0:0.5:20;y=kdkp;u=m+kdb+kp;sys3=tf(y,u);y3,t3=step(sys3,t);plot(t3,y3);grid;xlabel('Time(seconds)'),ylabel('StepResponse

18、9;)0.12468101214161820Time(seconds)8765432esnoDSORDrs圖11閉環(huán)傳遞函數(shù)單位階躍輸入響應(yīng)系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的上升時(shí)間約為10秒，穩(wěn)態(tài)誤差為20%,穩(wěn)態(tài)誤差過(guò)大，需要繼續(xù)校正1.1.5 汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)PID校正函數(shù)仿真設(shè)計(jì)對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行PID校正，加入PID控制環(huán)節(jié)后傳遞函數(shù)為利用MATLA進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)的單位階躍輸入仿真，經(jīng)過(guò)多次比較取得kp=700,ki=100,kd=100。與論文結(jié)果一致。程序如下:b=50;m=800;kp=700;ki=100;kd=100;t=0:0.1:50;y=kdkpki;u=m+kdb+kpki;sys4=tf

19、(y,u);y4,t4=step(sys4,t);plot(t4,y4);grid;xlabel('Time(seconds)'),ylabel('StepResponse')仿真階躍輸入響應(yīng)結(jié)果如下esnoDseRDprs1.110.90.80.70.60.50.40.30.20.1051015202530354045Time(seconds)50圖12閉環(huán)傳遞函數(shù)單位階躍輸入響應(yīng)觀察圖7,上升時(shí)間約3.5秒，超調(diào)量約5%,滿足校正要求，雖然繼續(xù)增大比例放大器系數(shù)，階躍響應(yīng)可以無(wú)限接近階躍函數(shù)，但實(shí)際應(yīng)用中由于實(shí)際器件限制不可能無(wú)限大3.2 汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)相

20、位滯后器校正研究及仿真首先分析P校正后系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞環(huán)數(shù)為：由margin函數(shù)可得系統(tǒng)的bode圖如圖13,由圖像顯示系統(tǒng)穩(wěn)定。MATLA防真程序如下：m=800;b=50;kp=800;num=kp;den=mb+kp;sys=tf(num,den);margin(sys)BodeDiagramGm=Inf,Pm=Info10-210-110110010Frequency(rad/sec)lR-oreaurn9aMl)yeacesanp2圖13P校正后的系統(tǒng)bode圖相位滯后器的傳遞函數(shù)為:其bode圖如圖14,MATLAB真程序如下:p=0.03,z=0.3num=1z;den=1p;sy

21、s0=tf(num,den);margin(sys0)lR-oreaukhaaM10-310-210-1100101Frequency(rad/sec)BodeDiagramGm=Inf,Pm=-180deg(atInfrad/sec)201510500-30-60圖14相位滯后器的bode圖這樣.整個(gè)系統(tǒng)的死循環(huán)傳遞函數(shù)就變成了：利用MATLAB仿真其bodeS,程序如下：b=50;m=800;kp=700;z=0.3;p=0.03;y=kpkp*z;u=mb+p+kpb*p+p*kp;sys5=tf(y,u);margin(sys5)仿真圖形為下圖圖1520BodeDiagramGm=In

22、f,Pm=124deg(at0.484rad/sec)20ooooo11234-LHacednrndaMLuedTesanp45-31010-210-1100101210Frequency(rad/sec)圖15相位滯后器校正后的bode圖由圖10可以看出，由原傳遞函數(shù)和相位滯后器串聯(lián)而成的系統(tǒng)的對(duì)數(shù)坐標(biāo)時(shí)，兩環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)坐標(biāo)的縱坐標(biāo)相加減即可。但相位滯后器校正的有點(diǎn)在于中、高頻幅值的衰減，使系統(tǒng)的截止頻率左移(下降)，從而獲得足夠的相角裕量。滯后校正的副作用是相角滯后，給系統(tǒng)附加一個(gè)負(fù)值相角，一致在一定程度上影響了其優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮。原汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)本來(lái)就是一個(gè)慣性系統(tǒng)，是穩(wěn)定系統(tǒng)，所以相位

23、滯后校正效果沒(méi)有PID校正好。加入滯后控制器后的閉環(huán)階躍響應(yīng)曲線用MATLAB真，程序如下：kp=700;b=50;m=800;z=0.3;p=0.03;t=0:0.1:30;y=kpkp*z;u=mb+m*p+kpb*p+kp*z;sys52=tf(y,u);y,t=step(sys52,t);plot(t,y);grid;xlabel('Time(seconds)'),ylabel('StepResponse')1.4esnoDSORDrs1.210.80.60.40.2525101520Time(seconds)30圖16加入滯后控制器后的系統(tǒng)閉環(huán)階躍響應(yīng)

24、曲線觀察圖像，系統(tǒng)閉環(huán)階躍響應(yīng)上升時(shí)間約為4.3秒，超調(diào)量約10%,超調(diào)量偏大，沒(méi)有PID校正的效果好。3.3 汽車運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)相位滯后器校正研究及仿真的關(guān)系可以求得根據(jù)給定的要求了留有余地，取再由,所期望的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)為利用MATLAB軌跡仿真得原傳遞函數(shù)根軌跡如下圖11XPXAvyauoaPRootLocus10.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1-0.18-0.16-0.14-0.12-0.1-0.08-0.06-0.04-0.020RealAxis圖17系統(tǒng)根軌跡圖觀察圖像不難發(fā)現(xiàn)，此根軌跡于閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)無(wú)交點(diǎn)。需要加入一個(gè)零點(diǎn)和一個(gè)極點(diǎn),且極點(diǎn)閉零點(diǎn)更靠近虛軸。0.40.30.20.1RootLocusSystem:sys5Gain:0.458Pole:-0.247+0.247iDamping:0.707Overshoot(%):4.33Frequency(rad/sec):0.349XPXAvyanoaP-0.1-0.2-0.3-0.4-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1RealAxis圖18結(jié)論從該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)我們可以看到，應(yīng)用PID控制是比較有效的，而且基本不用分析被控對(duì)象的機(jī)理，又根據(jù),和的參數(shù)特性以及