Simulink汽车仿真实例PPT课件

1、1内容概览内容概览引例：用 Simulink 对微分方程建模仿真一个发动机模型离合器接合/分离模型防抱死制动系统（ABS）半车模型悬架系统第1页/共46页2引例引例用 Simulink 对下列微分方程进行建模仿真uxx 2（u 为常数）tuetx2)(第2页/共46页3基本步骤基本步骤启动 MATLAB启动 Simulink新建一个模型保存模型选择合适的模块模块操作信号线操作仿真参数设置开始仿真第3页/共46页4扩展步骤扩展步骤示波器设置多个示波器分别显示多条曲线在一个示波器中显示多条曲线第4页/共46页5实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型根据下列数学模型，用 Simulink 建模仿

2、真。负载扭矩（输入）：节气门开度（输入）：第5页/共46页6实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型进入进气歧管的空气质量速度：第6页/共46页7实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型进气歧管的压力变化速度：第7页/共46页8实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型离开进气歧管的空气质量速度（即进入气缸的空气质量速度）：第8页/共46页9实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型发动机扭矩：第9页/共46页10实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型发动机角加速度：第10页/共46页11实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型用到的模块一览：常量ConstantSources阶跃S

3、tepSources示波器ScopeSinks终端TerminatorSinks增 益G a i nM a t h Operations加 减S u mM a t h Operations乘 除P r o d u c tM a t h Operations求 最 值M i n M a xM a t h Operations判 正 负S i g nM a t h Operations汇总器MuxSignal Routing1.开 关S w i t c hS i g n a l Routing第11页/共46页12实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型用到的模块一览：关系运算符Relation

4、al Op.Logic & Bit Op.积分器IntegratorContinuous饱和环节SaturationDiscontinuites单位延迟Unit DelayDiscrete初始条件ICSignal Attributes函数FcnUser-Defined Fcn子 系 统S u b S y s t e mP o r t s & Subsystems输 入I n 1P o r t s & Subsystems输 出O u t 1P o r t s & Subsystems1.触 发 器T r i g g e rP o r t s & Subsystems第12页/共46页13作业作

5、业完成各个子系统的建模。下节课将这些子系统组装成一个完整的发动机模型。第13页/共46页14实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型Simulink模型：Nedge180valve timingT_engT_loadNpart7maNT_engpart6NPmdotmaomaopart5dotmaidotmaodotPmPmpart4thetaPmdotmaimaipart3T_loadpart2throttlepart1mass(k+1)mass(k)triggercompressionTerminator3Terminator2Terminator1TerminatorScope1Sco

6、pe1sIntegrator30/piGain第14页/共46页15实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型仿真结果分析：负载减小，发动机转速升高并趋于稳定；节气门开度增加，发动机转速升高并趋于稳定；负载增大，发动机转速下降并趋于稳定。123发动机转速曲线第15页/共46页16实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型发动机转速闭环控制加入一个离散控制器（PI控制器），通过一个快速节气门执行器调节发动机转速，使得负载转矩的变化对发动机转速的影响最小。第16页/共46页17实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型发 动 机 转 速闭 环 控 制 模型Nedge180valve timings

7、peedsetpointT_engT_loadNpart7maNT_engpart6NPmdotmaomaopart5dotmaidotmaodotPmPmpart4thetaPmdotmaimaipart3T_loadpart2mass(k+1)mass(k)triggercompressionTerminator3Terminator2Terminator1TerminatorScope1ScopeDesired rpmNThrottle settingPI controller1sIntegrator30/piGain第17页/共46页18实战实战1：一个发动机模型：一个发动机模型发动机

8、转速闭环控制发动机转速曲线负载扭矩曲线节气门开度曲线第18页/共46页19作业作业建立一个完整的带 PI 转速控制器的 Simulink 发动机模型（可参考 ） 。第19页/共46页20实战实战2：离合器接合：离合器接合/分离模型分离模型一个离合器集中参数模型第20页/共46页21实战实战2：离合器接合：离合器接合/分离模型分离模型参数定义：fT第21页/共46页22实战实战2：离合器接合：离合器接合/分离模型分离模型摩擦扭矩：最大动摩擦扭矩：最大静摩擦扭矩：对于非金属材料的当量半径第22页/共46页23实战实战2：离合器接合：离合器接合/分离模型分离模型离合器保持接合所需要的摩擦扭矩：第23

9、页/共46页24实战实战2：离合器接合：离合器接合/分离模型分离模型接合/分离的有限状态机（FSM）：接合条件lock分离条件unlock原状态mem执行动作locked说 明0000保持分离态0011保持接合态0100保持分离态0110切换至分离态1001切换至接合态1011保持接合态1101切换至接合态1110切换至分离态第24页/共46页25实战实战2：离合器接合：离合器接合/分离模型分离模型基本模块介绍：使能子系统：当使能端口的控制信号为正时，子系统执行（）；触发子系统：子系统只在触发事件发生的时刻执行，并保持该时刻的输出直至下一次触发事件发生（）；逻辑运算“NOT”：（）；第25页/

10、共46页26实战实战2：离合器接合：离合器接合/分离模型分离模型基本模块介绍：Hit Crossing：检测输入从指定方向上到达或通过指定点（）；Goto/From：信号的跳转。注意 Tag 的可见性；Memory：存储模块（）；Combinatorial Logic：组合逻辑模块；第26页/共46页27实战实战2：离合器接合：离合器接合/分离模型分离模型Simulink模型：TfmaxkTinwvweslippingFnTfmaxkTfmaxspart6TinTfmaxslockedlockunlockTflogicTinwlockedScope2Scope1ScopeNOT1Gain11G

11、ainTinFn回调函数回调函数的使用的使用第27页/共46页28实战实战2：离合器接合：离合器接合/分离模型分离模型仿真曲线：紫色：发动机输入扭矩黄色：离合器夹紧力青色：最大静摩擦扭矩红色：保持接合的摩擦扭矩第28页/共46页29实战实战2：离合器接合：离合器接合/分离模型分离模型仿真曲线：紫色：主动盘转速黄色：从动盘转速青色：接合后转速第29页/共46页30作业作业1、复习各类基本模块；2、对离合器接合/分离模型进行建模仿真。第30页/共46页31实战实战3：防抱死制动系统（：防抱死制动系统（ABS）单轮制动数学模型：rvvRV /vwslip/1brfwTRFdtdIfvFdtdVmzf

12、FF)(slipf00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.91第31页/共46页32实战实战3：防抱死制动系统（：防抱死制动系统（ABS）Simulink模型：wvww1sstoppingdistance1.0 - u(1)/(u(2) + (u(2)=0)*eps)relative slipmu slipfriction curveKfforce &torquebangbangcontroller1sWheelspeedm*g/4Weight1sVehiclespeedslpyoutSTOPScope5Scope4Sco

13、pe3Scope2Scope1Scope100TB.s+1Hydraulic Lagctrl1/Rr-1/mRr1/I0.2Desiredrelativeslip1sBrakepressure第32页/共46页33实战实战3：防抱死制动系统（：防抱死制动系统（ABS）基本模块介绍：传递函数Transfer FcnContinuous查找表Lookup TableLoopup Tables积分器（限幅）IntegratorContinuous终止仿真StopSinks防止“除零”而采取的措施：1.0 u(1) / (u(2) + (u(2) = 0) * eps)必定非零！第33页/共46页34

14、实战实战3：防抱死制动系统（：防抱死制动系统（ABS）Simulink模型精讲bangbang 控制器原理：aEUaEUUnmnmk , ,0 , 10 , 1nnkEEU制动系液压管路：一阶惯性环节1.100)(sTBsG第34页/共46页35实战实战3：防抱死制动系统（：防抱死制动系统（ABS）仿真曲线：ctrl=1，ABS制动滑移率曲线黄色：实际滑移率车轮角速度曲线紫色：车轮前进速度折算角速度黄色：车轮实际角速度第35页/共46页36实战实战3：防抱死制动系统（：防抱死制动系统（ABS）仿真曲线：ctrl=0，非ABS制动滑移率曲线黄色：实际滑移率车轮角速度曲线紫色：车轮前进速度折算角速

15、度黄色：车轮实际角速度第36页/共46页37实战实战3：防抱死制动系统（：防抱死制动系统（ABS）仿真曲线：ABS制动与非ABS制动效果对比0200400600800100012001400160018000100200300400500600700800900ABS制动非ABS制动制动时间（x10-2s）制动距离（feet）第37页/共46页38作业作业1、复习各类基本模块；2、对防抱死制动系统进行建模仿真。第38页/共46页39实战实战4：半车模型悬架系统：半车模型悬架系统半车模型悬架系统：第39页/共46页40实战实战4：半车模型悬架系统：半车模型悬架系统前悬架作用力和扭矩数学模型：第4

16、0页/共46页41实战实战4：半车模型悬架系统：半车模型悬架系统后悬架作用力和扭矩数学模型：第41页/共46页42实战实战4：半车模型悬架系统：半车模型悬架系统力平衡方程：扭矩平衡方程：第42页/共46页43实战实战4：半车模型悬架系统：半车模型悬架系统Simulink模型：1sz1sthetaroadheighttheta dottheta z dotzpitch torquerear forcerear suspensiontheta dottheta z dotzpitch torquefront forcefront suspension1sdotz1sdotthetaFrFfdotzdotthetaMyhMyMbMass1/Mb9.811/Iyy1/Inertia第43页/共46页44实战实战4：半车模型悬架系统：半车模型悬架系统0123456