电气自控课程设计指导书

1、自动控制原理课程设计指导书题目一：基于MATLAB的数字 PID 控制直流电机仿真一常见的几种控制系统的结构：1单回路控制系统控制器对象2串级控制系统控制器控制器副对象主对象3复合控制（前馈 -反馈控制）扰动控制器控制器主对象二 PID 控制的数学描述1常见的 PID 控制器的算法PID 控制器是由比例项，积分项、微分项三部分组成的，其连续型表达式如下：1de tP t kp e tTIe t dtTD dt式中： P（t） 控制器的输出；kp控制器的比例系数 ;e(t)控制器的输入信号，一般为测量值与输入值之差；TI .控制器的积分时间； TD控制器的微分时间。用计算机进行 PID 控制时，

2、因计算机仅能处理离散信号，故而必须把PID 控制算法变换成计算机能实现的离散形式，其离散化后的差分方程如下：第1页共22页P n k pTne jTDe n e n 1e nTTIj 0式中：T .采样周期； e(n) .第 n 次的采样偏差值； E(n-1) 第（ n-1）次的采样偏差值；n采样序号， n=0,1,2,31）位置式 PID 控制算法按模拟 PID 控制算法，以一系列的采样时刻kT 代表连续时间 t,以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶向后差分近似代替微分，可得离散PID 表达式：u k k p e kTkTDe k e k 1TIe jTj 0ke k e k 1k p e

3、k kie j T kdj0T2）增量 PID 控制增量式 PID 控制算法表达式为：u kk p e ke k1ki e k Tkd e k2e k1e k2T3）梯形积分 PID 控制在 PID 控制规律中积分项的作用是消除余差，为了减小余差，应提高积分项的运算精度，为此，可将矩形积分改为梯形积分。梯形积分的计算公式为:tke ie i 1e tdt020i4）积分分离 PID 控制在普通 PID 控制中引入积分环节的目的是为了消除静差，但当短时间内系统输出有很大偏差时，会造成 PID 运算的积分积累致使控制量超过执行机构可能允许的最大动作范围对应的极限控制量， 引起系统较大的超调。 积分

4、分离的控制基本思路是： 当被控量与设定值偏差较大时， 削弱积分作用， 以免由于积分作用使系统稳定性降低。2PID 参数整定方法增大比例系数一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大积分时间有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。增大微分时间也有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增强，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。第2页共22页在凑试时，可以参考以上参数对过程的影响趋势，对参数进行先比例、后积分，再微分的整定步骤。首先，只整定比例部分。即将比例系数由小到大，并观察

5、相 y 应的系统响应，直到得到反应快， 超调小的响应曲线。 如果系统没有静差或静差已小到允许范围内，并且相应曲线已属满意， 那么只需用比例调节器即可， 最优比例系数可由此确定。然后，如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则需加入积分环节。整定时首先设置积分时间为一较大值， 并将前面整定得到的比例系数略为减小，然后减小积分时间， 使在保持系统良好的动态性能的情况下， 静差得到消除。在此过程中， 可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间， 以期得到满意的控制过程与整定参数。最后，若使用比例积分调节器消除了静差， 但动态过程反复调整仍不满意，则可加入微分环节， 构成比例积分微分调节

6、器， 在整定时，可先置微分时间为零。在第二步整定的基础上，增大微分时间，同时相应地改变比例系数和积分时间，逐步凑试，以获得满意地调节效果和控制参数。三直流电机的数学模型电机是自动控制系统中较为常见的控制对象 对控制系统仿真结果的正确与否起着至关重要的作用。在 SIMULINK下建立直流电机仿真模型。额定励磁下直流电机电枢回路电压的平衡方程式为：dI a（ 1）U aE Ra I a La dt式中： R a为电机电枢回路的电磁时间常数，E为额定励磁下电机的反电动势。忽略粘性摩擦。转矩平衡方程式为：GD 2dn（ 2）T TLdt375根据式（ 1）（2）直流电机数学模型的数学表达式，建立直流电

7、机数学模型的方框图。四 MATLAB/SIMULINK环境下直流电机速度控制系统的仿真1熟悉 MATLAB/SIMULINK的编程环境，掌握常用的与控制理论相关的 MATLAB 指令以及控制理论相关的 SIMULINK工具箱。2用 M文件以及 M文件的 S 函数实现 PID 控制算法。3用 SIMULINK建立直流电机的仿真模型。4针对用 SIMULINK建立的直流电机的仿真模型， 设计具有速度闭环的控制系统，实现对电动机的速度控制。其中的控制器采用 PID 控制算法实现。5在上面的速度闭环控制系统的基础上，设计电流、速度双闭环的串级控制系统实现对电动机的速度控制。6当电动机的负载转矩变化、波

8、动时，看一下仿真效果，并比较两种控制系统的控制效果。第3页共22页第4页共22页题目二：汽车悬架系统的PID 控制 PIDMATLAB PID:PIDMATLAB1.1.21.2PID22.172.292.311PID3.1Simulink123.2Simulink143.3PID163.4PID173.5PID193.6PID213.722232425第5页共22页第一章绪 论1.1引言典型反馈控制系统下包含三个典型的部分，即对象模型,控制器模型和反馈模型。在这样的结构下， 系统的对象模型和控制器模型共同构建了系统的前向通道，而所谓的反馈模型构成了系统的反馈通道。在控制系统中， 反馈的概念是

9、很重要的。以自动电水壶为例， 在电动水壶中，我们由某种方式检验壶中的水的汽化程度，在烧开后会自动关闭加热器，可以看出， 自动水壶的控制还是比较理想的， 至少会节约能源， 另外还可以避免事故。自然界中系统是没有多少现象是可以满足这里所谓的“理想”条件的。例如，外界可能对系统有某种干扰信号，而在开环控制下作用的扰动是不能在控制器中反映出来的，控制器将以一成不变的形式对原系统继续控制，而忽略扰动信号的存在， 专业的系统输出很难和我们所预期的一致，甚至会出现系统的不稳定现象。有了反馈系统以后， 我们可以通过系统的实际输出信号和预期的输出信号之间的偏差来调节整个系统的响应， 而实际的输出信号就是由反馈环

10、节提供的。如果系统的输出信号偏移了期望的输出信号， 则控制器将发生作用，迫使实际的输出信号再发生变化，去逼近期望的输出信号。我们可以由反馈环节取得实际输出信号，并加以处理， 再从输入信号中减去这样的反馈信号，将结果输入到控制器中去控制整个系统，而在反馈控制系统中我们经常研究的问题是如何让输出信号去跟踪输入信号，这样的控制结构称为负反馈控制。反馈控制系统的数学模型在系统的分析与研究中起着很重要的作用，基于系统的数学模型，就可以比较系统的方法对其进行分析，同时一些系统的设计方法也是基于数学模型的。如果系统的模型未知， 则可以由两种方法获得系统的模型，进而对系统进行分析与设计，第一种方法是基于已知的

11、公式和原理写出系统的数学模型,称为物理建模方法；第二种方法是根据系统响应观测到的数据近似的估计出系统的模型，称为系统辨识建模方法。第6页共22页1.2传统 PID 控制PID 控制是历史最悠久、生命力最强的一种控制方法。上世纪40 年代前，除了在最极端的情况下可使用开关控制以外，它是唯一的控制方式。随着科技的不断进步尤其是计算机技术的迅速发展，又涌现出很多新的控制方法。然而，PID 控制却没有因此而略显逊色。迄今为止，它仍是应用最广泛的基本控制方式。PID 控制是比例积分和微分控制的简称，它具有如下的几个优点：其一，原理简单，使用方便；其二，适应性强，可广泛应用于热工，造纸等各种生长部门；其三

12、，鲁棒性强（也即其控制品质对被控对象特性参数的变化不敏感）。1.2.1PID 控制的数学描述PID 控制器是由比例项，积分项、微分项三部分组成的，其连续型表达式如下：P tkp e t1de te t dt TDdtTI式中： P（ t） 控制器的输出；kp控制器的比例系数 ;e(t)控制器的输入信号，一般为测量值与输入值之差；TI .控制器的积分时间； TD控制器的微分时间。用计算机进行 PID 控制时，因计算机仅能处理离散信号，故而必须把PID 控制算法变换成计算机能实现的离散形式，其离散化后的差分方程如下：P n k pTnTDe n e n 1e ne jTTIj 0式中：T.采样周期

13、；e(n).第 n 次的采样偏差值；E(n-1)第（ n-1）次的采样偏差值；n采样序号， n=0,1,2,31.2.2比例调节在比例调节中，调节器的输出P 与偏差信号 e 成比例，也即：P tkpe t式中K p 为比例增益。其显著特点是它对被控系统的最终影响是有差调节，但其快速性好。第7页共22页比例调节的阶跃输出响应曲线如图图 1.1 阶跃信号图 1.2比例调节阶跃输出响应1.2.3积分调节在积分调节中，调节器的输出P 与偏差信号 e 对时间的积分成比例，也就是：tP tS0 e t dt0式中， So 为积分速度，与比例调节相比较，积分调节的特点是无差调节，但其快速性和稳定性不如比例调

14、节，其阶跃输出响应曲线如图：图 1.3阶跃信号图1.4 积分调节阶跃输出响应1.2.4比例积分调节比例积分调节器是综合比例和积分两种调节的优点，利用比例调节快速抵消干扰的影响，同时利用积分调节来消除静差。其调节规律未为：tP tk p e tS0e t dt0式中 被称为比例地带，可为正值或负值；TI 为积分时间，下图是TI 调节器的阶跃输出相应曲线， 它由比例和积分两部分共同作用而得到的。在施加阶跃输入的瞬间，调节器立即动作，产生一个e tTI 的阶跃，然后以速度e tTI 变化，在 TtI 时刻，调节器第8页共22页的中输出为2e tTI 。这样，我们可以根据下图来确定和 T I 的。值：

15、图1.5阶跃信号图 1.6比例积分的阶跃输出响应1.2.5 比例积分微分（PID ）调节PID调节器的调节规律为：te t dt SI d e tP t kp e t SD0dt式中 、 TIK P 、 SD 与前面相同， SI 为微分速度， TD 为微分时间。PID 调节器是综合 P、I、D 的优点于一身的控制器，加入微分项可提高系统的稳定性，适度引入微分项可以允许少许减少比例带，却能保持衰减率不变。 但是， 微分调节不单独作用于系统， 因实际的调节器有一定的失灵区，当被控量的偏差小到一定程度时，调节器不能觉察， 故而调节器不动作，但经长时间的积累，偏差将可能达到一个非常大的值，这对实际系统

16、是不允许的。 PID 调节器的阶跃输出相应曲线如图：第9页共22页图 1.7阶跃信号图 1.8比例积分的阶跃输出响应图中 K P 、 kI 、 K D 分别为比例增益、积分增益、微分增益。1.2.6 凑试法确定PID 参数增大比例系数一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。增大积分时间有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。增大微分时间也有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增强，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。在凑试时，可以参考以上参数对过程的影响趋势，对参数进行先

17、比例、后积分，再微分的整定步骤。首先，只整定比例部分。即将比例系数由小到大，并观察相y 应的系统响应，直到得到反应快， 超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已小到允许范围内，并且相应曲线已属满意，那么只需用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。然后，如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则需加入积分环节。整定时首先设置积分时间为一较大值，并将前面整定得到的比例系数略为减小，然后减小积分时间，使在保持系统良好的动态性能的情况下，静差得到消除。 在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间，以期得到满意的控制过程与整定参数。最后，若使用比例积分调节器消除了静差，但动

18、态过程反复调整仍不满意，则可加入微分环节， 构成比例积分微分调节器，在整定时，可先置微分时间为零。在第二步整定的基础上， 增大微分时间，同时相应地改变比例系数和积分时间，逐步凑试，以获得满意地调节效果和控制参数。第10页共22页第二章汽车悬架系统及其数学模型2.1汽车悬架系统悬架系统是汽车的重要组成部分之一， 它将车身和车轮弹性地连接起来， 主要用来传递作用于车身和车轮之间的力和力矩， 以缓和由于路面凹凸传递给车身的冲击载荷引起的车身振动， 达到使车辆正常行驶的目的。 多年的实践证明， 悬架系统性能的优劣直接影响到车辆的行驶平顺性，操作稳定性，燃油经济性，通过性，可靠性等多方面的性能。故而，设

19、计性能优良的悬架系统将有着十分重要的意义。2.1.1 被动悬架被动悬架因其工作时各部件不能消耗动力以及其特性参数不可改变而被称为被动悬架，是目前仍被车辆广泛采用的常规悬架。该类悬架由弹性元件和阻尼元件组成，其特性参数一经整定， 就不再随工况及激励的变化而变化。一般按所选弹性元件划分，主要有： 钢板悬架，螺旋悬架，扭杆悬架，空气悬架，油气悬架，橡胶悬架等。这种悬架因其结构简单，设计难度小，易维护而被低档车广泛采用，同时它也因为以下的两种主要缺陷而限制了其发展：其一，元件仅对局部相对运动作出反应且受到悬架静挠度与系统故有频率平方成反比的约束，故悬架特性参数的取值范围受到限制。其二，悬架参数在车辆行

20、驶过程中，不能随路况及激励的变化而变化。在汽车设计过程中，其平顺性和操作稳定性对参数的要求是相矛盾的，为了有效的减缓传递到车身的振动 (行驶平顺性指标 )，要求弹簧 “较软” ;而为使转弯、 制动时车身的侧倾角，前后倾角较小（操作稳定性指标） ，则又要求弹簧较硬，这样就给悬架参数的选定带来了困难。同时，由于汽车的平顺性很大程度上决定于路面条件、载荷、车速等因素，但被动参数的参数一经设定，即使通过最优化的设计方法选定的参数也不能在行驶过程中改变。故而，当路况和激励发生变化时，悬架系统的性能受到很大的影响。随着人们生活水平的不断提高和汽车不断进入人们的家庭，人们对汽车的性能尤其是操纵稳定性，乘坐舒

21、适性， 平顺性的要求也越来越高。基于这种情况，各国学者采取了多种措施，诸如采用非线性刚度弹簧（油气弹簧，空气弹簧等）和高度调节装置等，但均因被动悬架本身的局限性，而不能从根本上解决问题。 50 年代以后人们便开始探索一种全新的思路来设计汽车悬架装置，这样，就出现了主动悬架。2.1.2 主动悬架第11页共22页主动悬架是基于主动控制技术的一种悬架系统，这种系统是集机、电、液于一身的复杂非线性系统，其发展和应用与机械动力学，流体传动与计算机控制技术、自动控制技术、测控技术、 材料科学、 电子技术的反展的应用密切相关，近年来人类在这些学科取得的巨大成就也使得主动控制技术在实际悬架系统中得到应用成为可

22、能。与传统被动悬架系统相比，主动悬架系统是一种闭环控制系统，它根据系统路况的路面激励状态而实时作出反应，以衰减传递到车身的振动。通常，根据系统是否有动力源又将主动悬架分为有源主动悬架（全主动悬架）和无源主动悬架（半主动悬架）两类。其一 全主动悬架：通常， 全自动悬架系统是由执行机构环节、反馈环节、测量环节、和能源环节组成的闭环控制系统，通过传感器测得车身系统的震动模式（通常为车身加速度和速度），然后将所测数据送给车载计算机进行数据处理，得到控制量， 由计算机发出指令给执行机构，以改变车身运动状态， 达到减震目的。 通常有两种形式， 即由电磁阀驱动的油气式悬架和电机驱动的空气悬架。全主动悬架是由

23、美国GS 公司的 Erspiel-Labrosse 于 1954年首先提出， 早期是采用忽略簧下质量单自由度模型。1976 年， A.G.Thmpson 采用两自由度数学模型来研究主动悬架系统，并应用了状态空间理论和线性最优控制理论来确定最优控制率。近年来， 世界上汽车工业比较发达的国家诸如日本，美国等先后研究出本国特色的主动悬架装置。相关试验证明，全主动控制方法能达到较好的效果。但是，到目前为止，主动控制悬架因其理论不太成熟，商业成本太高等原因而不能广泛应用于整车系统中。研究人员为了解决这一问题， 又探索研究了一种既克服被动悬架本身局限性又克服全主动悬架系统实用性较差缺点的新型悬架系统半主动

24、悬架系统。其二，半主动悬架系统：1973 年 D.ACrosby 和 D.C.Karnopp 首先提出半主动悬架的概念，以后又有许多学者对半主动悬架进行了试验研究， 为半主动悬架在整车上的应用奠定了基础。半主动悬架用可控的无源元件 （弹性元件和阻尼器）代替主动悬架的主执行元件，以达到节省能源的目的，并根据系统工况和激励状态调节悬架参数以达到最优控制效果。从理论上讲， 弹性元件和阻尼元件的特性参数均是可以调节的，但实际上弹性元件刚度值的改变较阻尼元件的改变难的多，故工程实践中经常采用改变阻尼器阻尼孔的大小来达到调节阻尼的目的。悬架阻尼的调节通常有两种方式， 一种是根据整车状态来调节阻尼，另一种是

25、根据路面激励的统计特征来调节。根据路面激励的统计特性来调节悬架阻尼的这种方式仅能保证在一定时间内悬架的阻尼值达到最优，这是统计意义上的最优值，半自动悬架与主动悬架相比，虽然性能稍差，但造价低廉且第12页共22页不需供给能源，故而有着广泛的应用前景。本文中就选择汽车半主动悬架作为研究对象，建立其数学模型。2.2汽车悬架系统数学模型的建立目前对于半主动悬架的研究主要集中在采用适当的控制策略控制变阻尼调节器，使其输出合适的阻尼力。评定一个悬架系统性能的好坏，不论是主动的或半主动的悬架系统，我们要求它能动态的改变阻尼力， 尽可能的消弱通过悬架传递到车身的路面信号的大小，根据汽车整车性能对悬架的要求，通

26、常用以下三个参数来评定悬架的优劣，即：（ 1） 车身垂直加速度 （舒适性及平顺性） ，（ 2） 车轮相对动载（安全性） ，（ 3） 悬架弹簧行程，即悬架挠动（汽车重心高度和弹簧寿命）因为车身垂直加速度直接影响汽车的舒适性和平顺性，因此我们的控制目标集中在车身垂直加速度上，我们把参考模型的车身垂直加速度作为实际模型的参考值。本文中选择二自由度四分之一绑定悬架作为研究对象，将被动悬架中的固定基值阻尼器改进为可调阻尼器， 加以控制装置， 便构成图中所示的汽车主动悬架系统。 下图就是汽车的半主动悬架系统：第13页共22页m1 非簧载质量，m2 簧载质量s、 Ft 弹性恢复力Fr 阻尼力FK s弹簧刚度

27、， Cs0阻尼器系数K t轮胎刚度图2.1 半主动悬架屋里模型图 2.2 半主动悬架受力分析图对汽车半主动悬架系统进行受力分析以建立数学模型图，2.2 中的变量 x0 , x1 , x2 分别代表路面激励， 非簧载质量位移以及簧载质量位移。为了确保模型的能观能控性，可将半主动悬架中的可调阻尼器看作由固定基值阻尼器（其阻尼系数为Cs0 ）和变化阻尼器(其产生的作用力为 F(t) 两部分组成。m1 和 m2 间的弹性恢复力 Fs 和阻尼力 Fr分别为：FsK sx2x1.FrCs0 x2x1F轮胎和地面的弹性恢复力为：FtK t x1x0对 m1 列方程有.m1 x1 kt x0 x1F ks x

28、1 x2 C s0 x1x2(1)对 m2 列方程有.m2 x2 F ks x1 x2Cs0 x1 x2(2)：对（ 1）和（ 2）分别进行拉氏变换，有：第14页共22页m1 x1 s s2kt x0 sx1 sFks x1 sx2 sCs0 x1 s sx2 s s3m2 x2 s s2F sks x1 sx2 sCs0 x1 sx2 s4由（ 4）解出 x1 s 代入（ 3），得到x2 s1.3s2800F s312s421945s32132800 s12800000013200000s128000000x0s312s421945 s32132800 s213200000s 1280000

29、00令： G s1.3s2800312s421945s32132800 s213200000s 128000000它就是 F 关于 x2的传递函数。令：s13200000s128000000312s421945s32132800s213200000s128000000它就是 x0 关于 x2 的传递函数。其中，弹簧质量 m2240kg ,非簧载质量 m136kg ，悬架刚度 k s16000 N m ，轮胎刚度 kt 160000 Nm ，基值阻尼 C s01650 Ns m 。2.3 小结悬架系统是汽车的重要组成部分之一，它将车身和车轮弹性地连接起来，主要用来传递作用于车身和车轮之间的力和力

30、矩，以缓和由于路面凹凸传递给车身的冲击载荷引起的车身振动， 达到使车辆正常行驶的目的。悬架好坏也是衡量一辆车好坏的重要指标之一，悬架系统性能的优劣直接影响到车辆的行驶平顺性，操作稳定性，燃油经济性， 通过性，可靠性等多方面的性能。本章介绍了汽车悬架系统的发展过程，介绍了被动悬架和主动悬架这两种悬架类型并介绍了各自地特点。为提高汽车的驾驶平顺性，对半主动悬架系统进行力学分析，选激励位移为输入，车身位移作为输出建立了它的数学模型。第15页共22页第三章 汽车悬架系统中PID 控制的实现在本章中，设计5 种 PID 算法对第二章中所建立的汽车悬架系统的数学模型进行控制，并在 MATLAB环境下对其进

31、行仿真。3.1Simulink 建模方法Simulink 是 The MathWorks公司于 1990 年推出的产品， 是用于 MA TLAB 下建立系统框图和仿真的环境。从名字上看，立即能看出该程序有两层意思。首先，“ Simu ”一词表明它可以用于计算机仿真， 而“ Link ”一词表明它能进行系统连接， 即把一系列模块连接起来，构成复杂的系统模型。 正是出于他的两大功能和特色， 使得它成为仿真领域首选的计算机环境。3.1.1Simulink 模块库简介整个 Simulink 是由各个模块组构成的， 在标准的 Simulink 模块库中包括信号源模块组、输出池模块组、连续模块组、离散模块

32、组、数字运算模块组、非线性模块组、函数与表格模块组，信号与系统模块组和子系统模块组几个部分。信号源模块组包括各种各样的输入信号，该模块组的主要模块有：输入端口模块、 普通信号模块、 带宽限幅白噪声、 读文件模块和读工作空间模块、时间信号模块、 常数输入模块、接地线模块、各种其他类型的信号输入。连续模块组包括常用的连续模块，包括积分器、数值微分器、线性系统的状态方程、传递函数、零极点、时间延迟。离散模块组主要用于建立离散采用系统的模型。该模块组主要包括：零阶保持器、 离散系统的传递函数和状态方程。函数与表格模块组实现各种一维、二维或高维函数的查表，另外用户可以自己编写更复杂的函数，该模块组主要包

33、含：一维查表模块、二维查表模块、函数计算模块、MA TLAB函数的模块、 S函数模块。数字运算模块组实现了各种各样的数学函数模块，该组主要的模块又有：增益函数、求和模块、代数约束模块、复数的实部虚部函数提取模块、一般数学模型、数字逻辑模块。非线性模块组包含了一些常用的非线性运算模块，该模块组的主要模块包括： Coulomb 与黏性摩擦、 开关模块、 磁滞回环模块， 而且在此模块组中定义了很多分段线性的静态非线性模块，如死区非线性、饱和非线性、量化模块、继电模块、变化率限幅模块等。输出池模块组实际上是包含那些能显示计算结果的模块，该模块组主要包含的模块为输第16页共22页出端口模块、示波器模块、

34、 x-y 示波器、工作空间写入模块、写文件模块。数字显示模块、仿真中止模块和信号终结模块。信号与系统模块组包含的主要内容有混路器和分路器、 模型信息显示模块、 选路器和矩阵基本运算模块。子系统模块组包含了各种各样的子系统结构， 其主要内容有空白子系统结构、 触发子系统模块、使能子系统和结构控制子系统。3.1.2Simulink 模型的建立在 Simulink 环境下，编辑模型的一般过程为：首先打开一个空白的编辑窗口，将模块库中的模块复制到编辑窗口中， 并按照给定的框图修改编辑窗口中模块的参数， 再将各个模块按照给定的框图连接起来，这样就可以对这个模型进行仿真了。模块的连接与简单处理： 将两个模

35、块连接起来是一件很简单的事情，在每个允许输出的口都有一个输出的 >符号表示，离开该模块，而输入端也有一个输入的 >符号，进入该模块。只须在前一个模块的输出口处按下鼠标左键，拖动鼠标至后一个模块的输入口处释放鼠标键，则 Simulink 会自动的将两个模块连接起来。如果想快速进行两个模块的连接，还可以先单击选中源模块， 按下 ctrl 键，再单击目标模块， 这样将直接建立起两个模块的可靠连接。正确连接后，连线带有实心的箭头。有的时候，为了布线的美观和易读，经常需要将某个或某些模块进行旋转或翻转处理，在 Simulink 下对模块进行这样的处理是很容易的，首先应该选中该模块或模块组。用

36、鼠标单击该模块就可以选中它， 选中的模块四角出现黑点， 标明它处于选中的状态。 选中了一组模块， 可以对之进行各种处理。 例如若在反馈控制模型中， 需要将反馈路径上模块的输入端和输出端换一下方向，则可以打开Simulink 的 Format 菜单，选中其中的翻转子菜单（FlipBlock ），就可以对其进行翻转。为了避免翻转带来的麻烦，一般应该在连线之前进行模块旋转，再将旋转，翻转后的模块连接起来。模块的参数修正： Simulink在绘制模块时，只能给出带有默认参数的模块模型,这经常和想要的输入的不同， 所以要能够修改该模型的参数， 以传递函数模块的默认值：G11为例，假如想输入的模型为sG

37、ss37s224s24410s335s250s2s则可以双击该传递函数模块，在所得到的对话框中分别在分子输入编辑框和分母编辑输入框中输入系统的分子参数1,7,24,24 和分母参数 1,10,35,50,24 ，则可以最终获得修改后的系统模型。第17页共22页3.2应用 Simulink对汽车悬架系统进行仿真选取激励位移作为输入，车身位移作为输出，可变阻尼器所产生的力F 为控制量， 并通过对加控制器之后的车身加速度和没加控制器前的车身加速度的比较来体现控制的好坏，即汽车驾驶的平顺性和舒适性。选择路面激励为一正弦信号其表达式为0.015sin(20 )。图 3.1 连续系统模型其 中 ， w(s

38、) 是 路 面 激 励 关 于 车 身 位 移 的 传 递 函 数 ， 即 ：s1320 s0 10 20 80 000000，1s42219s3 425132s2 8 10 30 20 s0 10 20 80 0000300G（ s）是 F 关于车身位移的传递函数，即：G s1.3s2800312s421945 s32132800 s213200000 s128000000.X 2 作为输出，然后设计反馈回路将车身垂直加速度x 2作为反馈量与期望值（0）作比较，然后通过 PID 控制器对偏差进行控制，使车身的加速度接近期望值（0）。将加控制后车身垂直加速度和未加控制前的车身加速度进行对比并通过示波器输出作为仿真结果，以判断控制的好坏。P