公交车减震系统控制器的设计.doc

该【公交车减震系统控制器的设计 】是由【知识海洋】上传分享，beplayapp体育下载一共【7】页，该beplayapp体育下载可以免费在线阅读，需要了解更多关于【公交车减震系统控制器的设计 】的内容，可以使用beplayapp体育下载的站内搜索功能，选择自己适合的beplayapp体育下载，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此beplayapp体育下载到您的设备，方便您编辑和打印。公交车减震系统控制器的设计(陈合贤,河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作)前言在经济发展日新月异的今日,交通也飞快发展,公交车作为公共交通工具,在人们平时生活中饰演侧重要角色。公交车拥有一套优秀的减震系统,即便在崎岖不平的小道,也会使乘客有一种舒坦感觉。那么就需要一个优秀的控制器对减震系统进行控制。公交车的一个轮的减震模型是一个弹簧缓冲模型,以下列图:汽车自己质量:m1=2500kg;减震器质量m2=320kg;减震系统弹簧劲度系数k1=80000N/m;轮胎与地面近似的弹簧劲度系数k2=50000N/m;减震系统阻尼系数b1=350Ns/m;轮胎与地面的阻尼系数b2=15020Ns/m.;控制量u就是我们要设计的控制器的输出信号。为使汽车安稳行驶,车身不可以起伏太大,即x1-w不可以变化太大,但因为x1-w不便丈量,而用x1-x2近似取代。在此近似系统中,将路面变化w看做阶跃输入,x1-z2为系统输出,而u为控制器的输出,控制器的设计应是超调量小于5%,调理时间小于5秒,即当地面起伏为10cm时,汽车的起伏最大不可以超出5mm,在5m秒内要实现安稳的运转。一、系统模型的成立依据图1和牛顿定律,我们能获得以下动力公式:我们假定全部初始状态均为零,则上述动力公式就代表汽车忽然上了一个台阶时的情况。经过拉氏变换,我们能够获得系统的传达函数G1(S)和G2(S),X1-X2为输出,U和W为两输入,推理过程以下:则系统的状态方程以下:假如我们假定只有控制器输出U(S),而假定W(S)=0。我们会获得传达函数G1(S)以下:假如我们假定只有路障输入W(S),而假定U(S)=0,则我们会获得传达函数G2(S)以下:二、系统控制器的设计我们能够将传达函数变换为num1/den1形式:G1(s)=nump/denpG2(s)=num1/den1由m1=2500;m2=320;k1=80000;k2=500000;b1=350;b2=15020可利用MATLAB获得系统的传达函数,m文件以下:nump=[(m1+m2)b2k2];denp=[(m1*m2)(m1*(b1+b2))+(m2*b1)(m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2)(b1*k2)+(b2*k1)k1*k2];G1=tf(nump,denp);num1=[-(m1*b2)-(m1*k2)00];den1=[(m1*m2)(m1*(b1+b2))+(m2*b1)(m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2)(b1*k2)+(b2*k1)k1*k2];G2=tf(*num1,den1);numf=num1;denf=nump;F=tf(numf,denf);在这里我们用频次响应来的开环bode图设计系统的控制器,在系统上加一个控制器改变了bode图同时也改变了系统的输出响应。1、第一画出系统的bode图,利用MATLAB编写m文件以下:w=logspace(-1,2);bode(G1,w)获得系统的bode图以下:为了方便的显示出系统在各个频次的状况,我们有必需在画出bode图从前需要做一些工作,使得系统的频次响应在低频阶段渐进线在0dB,在次我们经过加上增益K,以便能够在系统加上其他环节,K的作用在于使幅值向上或向下以20logK的斜率转折,但K对相频响应没有影响。。下边我们在m文件上加上以下内容:K=100000;bode(K*G1,w)则获得bode图以下:2、在系统上加一二阶控制器从上边的bode图可知:相频曲线在5rad/sec处开始曲折,第一,我们试试着在这一地区加一超前环节,使得相位保持在-180度以上。因为大的相位极限有益于实现较小的超调量。我在5rad/s处加上一140度的超前环节,因为一阶控制器最多只好增添90度,则应加上二阶控制器。下边计算控制器的参数T和a:决定着所加环节最大相位的零极点之间的所需空间:决定着系统极限相位的转折频次:此刻我们将二阶控制加到系统,看看获得的bode图怎样。下边我们将下边的程序加入到m文件,并在从前bode命令前加上a%.a=(1-sin(70/180*pi))/(1+sin(70/180*pi));w=5;T=1/(w*sqrt(a));aT=sqrt(a)/w;numc=conv([T1],[T1]);denc=conv([aT1],[aT1]);contr=tf(numc,denc);margin(K*contr*G1)则我们可获得bode图以下:从中能够看出,相位曲线的凹下部分在-180度以上,相位极限也切合设计要求。此刻我们看一下在路障输入(W)激励下输出(X1-X2)响应。此刻给系统加上反应,形成闭环,以下列图:在m文件加上下边的命令:sys_cl=F*feedback(G1,K*contr);3、,以0真,在m文件加上以下命令,而且要在全部的bode和margin命令前加上%。t=0::5;step(*sys_cl,t)axis([05-.])则阶跃响应以下:能够看出幅度响应超调量小于要求值,调理时间小于5s,.。从以上bode图可知增大增益能够增大转折频次,加速反应速度。下边我们再增添系统的增益,看能不可以获得更好的响应,将numc改为numc=4*conv([T1],[T1])。获得阶跃响应以下:能够看出超调量小于系统要求,调理时间也小与5秒。这个系统就是我们需要的。即控制器的传达函数以下:G(S)=K(TS+1)*(TS+1)/(aTS+1)(Ats+1)K=400000,T=1013426,a=。三、设计小结本设计利用频次频次响应设计公交车减震系统控制器,第一经过推理,成立了汽车的传达函数模型,而后利用MATLAB成立模型画出其bode图,再在系统上加上了控制器并对系统进行仿真,调整其参数,最后确立控制器的种类。经过本次设计我熟****了MATLAB编程,利用MATLAB对系统进行仿真,用到了自动控制原理的知识、物理知识,锻炼认识决实质问题的能力。此次设计给了我一次锻炼着手能力的时机,对此后工作、学****都有重要的作用。参照文件【1】MATLAB语言与控制系统仿真,孙亮主编,北京工业大学第一版社,2001年03月第1版【2】控制系统仿真,姜玉宪编,北京航空航天大学第一版社,1998年08月第1版