汽车级Simulink建模与仿真

车辆典型部件Simulink建模仿真（车辆工程专业）2内容概览1.引例：用Simulink对微分方程建模仿真2.一个发动机模型3.离合器接合/分离模型4.防抱死制动系统（ABS）5.半车模型悬架系统3引例用Simulink对下列微分方程进行建模仿真uxx2（u为常数）tuetx2)(4基本步骤1.启动MATLAB2.启动Simulink3.新建一个模型4.保存模型5.选择合适的模块6.模块操作7.信号线操作8.仿真参数设置9.开始仿真5扩展步骤1.示波器设置2.多个示波器分别显示多条曲线3.在一个示波器中显示多条曲线6实战1：一个发动机模型根据下列数学模型，用Simulink建模仿真。2.负载扭矩（输入）：1.节气门开度（输入）：7实战1：一个发动机模型3.进入进气歧管的空气质量速度：8实战1：一个发动机模型4.进气歧管的压力变化速度：9实战1：一个发动机模型5.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）：10实战1：一个发动机模型6.发动机扭矩：11实战1：一个发动机模型7.发动机角加速度：12实战1：一个发动机模型用到的模块一览：1.常量ConstantSources2.阶跃StepSources3.示波器ScopeSinks4.终端TerminatorSinks5.增益GainMathOperations6.加减SumMathOperations7.乘除ProductMathOperations8.求最值MinMaxMathOperations9.判正负SignMathOperations10.汇总器MuxSignalRouting11.开关SwitchSignalRouting13实战1：一个发动机模型用到的模块一览：1.关系运算符RelationalOp.Logic&BitOp.2.积分器IntegratorContinuous3.饱和环节SaturationDiscontinuites4.单位延迟UnitDelayDiscrete5.初始条件ICSignalAttributes6.函数FcnUser-DefinedFcn7.子系统SubSystemPorts&Subsystems8.输入In1Ports&Subsystems9.输出Out1Ports&Subsystems10.触发器TriggerPorts&Subsystems14作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。15实战1：一个发动机模型Simulink模型：Nedge180valvetimingT_engT_loadNpart7maNT_engpart6NPmdotmaomaopart5dotmaidotmaodotPmPmpart4thetaPmdotmaimaipart3T_loadpart2throttlepart1mass(k+1)mass(k)triggercompressionTerminator3Terminator2Terminator1TerminatorScope1Scope1sIntegrator30/piGain16实战1：一个发动机模型仿真结果分析：1.负载减小，发动机转速升高并趋于稳定；2.节气门开度增加，发动机转速升高并趋于稳定；3.负载增大，发动机转速下降并趋于稳定。123发动机转速曲线17实战1：一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。18实战1：一个发动机模型发动机转速闭环控制模型Nedge180valvetimingspeedsetpointT_engT_loadNpart7maNT_engpart6NPmdotmaomaopart5dotmaidotmaodotPmPmpart4thetaPmdotmaimaipart3T_loadpart2mass(k+1)mass(k)triggercompressionTerminator3Terminator2Terminator1TerminatorScope1ScopeDesiredrpmNThrottlesettingPIcontroller1sIntegrator30/piGain19实战1：一个发动机模型发动机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20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enginewc.mdl）。21实战2：离合器接合/分离模型一个离合器集中参数模型22实战2：离合器接合/分离模型参数定义：fT23实战2：离合器接合/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24实战2：离合器接合/分离模型离合器保持接合所需要的摩擦扭矩：25实战2：离合器接合/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26实战2：离合器接合/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（sys_enable.mdl）；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（sys_trigger.mdl）；逻辑运算“NOT”：（sys_not.mdl）；27实战2：离合器接合/分离模型基本模块介绍：HitCrossing：检测输入从指定方向上到达或通过指定点（sys_hit.mdl）；Goto/From：信号的跳转。注意Tag的可见性；Memory：存储模块（sys_memory.mdl）；CombinatorialLogic：组合逻辑模块；28实战2：离合器接合/分离模型Simulink模型：TfmaxkTinwvweslippingFnTfmaxkTfmaxspart6TinTfmaxslockedlockunlockTflogicTinwlockedScope2Scope1ScopeNOT1Gain11GainTinFn回调函数的使用29实战2：离合器接合/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30实战2：离合器接合/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31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。32实战3：防抱死制动系统（ABS）单轮制动数学模型：zFfFrRvVvbTrvvRV/vwslip/1brfwTRFdtdIfvFdtdVmzfFF)(slipf00.10.20.30.40.50.60.70.80.9100.10.20.30.40.50.60.70.80.9133实战3：防抱死制动系统（ABS）Simulink模型：wvww1sstoppingdistance1.0-u(1)/(u(2)+(u(2)==0)*eps)relativeslipmuslipfrictioncurveKfforce&torquebangbangcontroller1sWheelspeedm*g/4Weight1sVehiclespeedslpyoutSTOPScope5Scope4Scope3Scope2Scope1Scope100TB.s+1HydraulicLagctrl1/Rr-1/mRr1/I0.2Desiredrelativeslip1sBrakepressure34实战3：防抱死制动系统（ABS）基本模块介绍：1.传递函数TransferFcnContinuous2.查找表LookupTableLoopupTables3.积分器（限幅）IntegratorContinuous4.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！35实战3：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)(sTBsG36实战3：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37实战3：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度黄色：车轮实际角速度38实战3：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）39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。40实战4：半车模型悬架系统半车模型悬架系统：41实战4：半车模型悬架系统前悬架作用力和扭矩数学模型：42实战4：半车模型悬架系统后悬架作用力和扭矩数学模型：43实战4：半车模型悬架系统力平衡方程：扭矩平衡方程：44实战4：半车模型悬架系统Simulink模型：1sz1sthetaroadheightthetadotthetazdotzpitchtorquerearforcerearsuspensionthetadotthetazdotzpitchtorquefrontforcefrontsuspension1sdotz1sdotthetaFrFfdotzdotthetaMyhMyMbMass1/Mb9.811/Iyy1/Inertia45实战4：半车模型悬架系统012345678910-5051015x10-3hVehicleSuspensionModelSimulation012345678910050100My012345678910600065007000Ff012345678910450050005500Fr012345678910-0.100.1dotz012345678910-505x10-3dotthetatimeinseconds46作业1、对半车模型悬架系统进行建模仿真。