交通运输的自动控制原理课程设计报告.docVIP

《交通运输自动控制原理》 课程设计报告 目 录 1 自动控制系统建模设计 1 1.1系统建模题目1 1 1.1.1基本构成及机理分析 2 1.1.2反馈控制结构模型及工作原理 2 2 自动控制系统仿真实验分析 7 2.1系统仿真实验题目1 7 2.1.1实验步骤 7 2.1.2实验分析计算依据 7 2.1.2结论图表数据分析7 2.2系统仿真实验题目2 8 2.3系统仿真实验题目3 8 附录A 程序源代码 40 附录B 42 参考文献 44 自动控制系统建模设计 系统建模题目1 查阅控制系统的相关专业资料，运用自动控制系统的基本构成及反馈控制原理对通控制系统进行机理分析，建立其反馈控制结构模型，阐明系统的工作原理。 我们选择Operation)。是列车控制系统(automatic train control，ATC)重要的子系统。ATO系统能代替司机驾驶列车，使列车平稳地加速到运行速度，并根据接收到的ATP限制速度命令和ATO到站停车速度曲线自动调整列车速度，实现列车牵引加速、匀速惰行、减速制动控制和精确停车等基本驾驶功能。ATO系统的功能分为基本控制功能和服务功能。基本控制功能包括：自动驾驶、自动折返、自动控制车门、屏蔽门开闭。这三个基本控制功能相互之间独立地运行。服务及其他功能包括：故障自诊断、运行信息记录、列车位置、允许速度、巡航/惰行功能、PTI(列车识别系统)支持功能。 在这里我们主要分析 1.1.1 基本构成及机理分析 ATO系统的速度调整系统构成：由运行等级模式曲线计算模块、PID速度控制器和受控对象列车运行模型ID速度控制器 其速度控制系统的框图如图所示。 1.1.2 反馈控制结构模型及工作原理 上图为ATO控制系统的反馈结构模型。PID速度控制器即由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成传递函数为 Kp 、Ki、Kd三个参数 受控对象即为列车模型这里我们取列车模型的传递函数为 所以整个闭环系统的传递函数为 通过相关参数整定方法我们可以得知 工作原理：在求和单元，来自运行等级模式曲线计算模块的目标速度信号和实际速度信号相加，共同输入PID速度控制器 整个控制过程即反馈控制原理：由相关设备获得被控对象（列车）的实际速度信号，通过PID控制器比较计算，输出调整信号又作用于被控对象调整实际运行速度。 自动控制系统仿真实验分析 2．1 系统仿真实验题目1 使用Matlab软件，对下图所示交通控制系统的特性进行仿真实验分析。 （1）绘制K1=200时的开环对数频率特性图(Bode图)，仿真分析闭环系统稳定裕度。 （2）绘制关于参数K1的闭环系统的根轨迹图，仿真分析闭环系统的稳定性。 实验步骤 (1) 第一步：根据题目中的框图图求出其开环传递函数。 第二步：由求出来的开环传递函数运用Matlab软件画出Bode图。第三步：然后Matlab对bode图求解稳定裕度 （2） 第一步：由题求出其传递函数第二步：运用函数语句rlocussys)由开环传递函数画出其闭环系统的根轨迹图。第三步：分析根轨迹图讨论系统稳定性 实验分析计算依据 由框图计算系统开环传递函数： 被控对象传递函数为1/(s^2+10*s+21) k1=200时系统开环传递函数为G(s)=k1* F(s)*1/s=200/(s*(s^2+10*s+21)) 系统环传递函数为 k1*1/(s*(s^2+10*s+21)) 结论图表数据分析 (1)利用matlab绘制开环对数频率特性图 上图为幅频特性曲线图，下图为相频特性曲线图 同时利用matlab仿真分析闭环系统的稳定裕度 由图形可知dB，相角裕度Pm为1.29deg 工程上推荐B，相角裕度30-60deg.所以该系统稳定裕度较小系统已经濒临不稳定 (2) 利用开环传递函数1/s*(s^2+10*s+21))，用rlocus(sys)语句绘制闭环系统根轨迹图. 由根轨迹图我们可以发现在虚轴上有209,0,209时取得。说明系统稳定的范围在K1取0—209左右 当 2．2 系统仿真实验题目2 司机驾驶汽车的模型如下图所示，其中，K=5.3。 （a）若反应时间T=0,求出系统的闭环频率响应、增益裕度和相角裕度； （b）当T=0.1s时，估算系统的相角裕度； （c）为使系统临界稳定（即相角裕度为00），计算所需的反应时间。 实验步骤 （a）根据题目框图求出系统开环传递函数；用matlab绘制开环bode图求闭环频率特性、增益裕度、相角裕度。 （b）根据题目框图求出系统开环传递函数；并且用matlab绘制出相应的Bode图求出相角裕度。 （c）利用matlab求出系统相角裕度的具体数值，令反应时间