基于空间状态方程的车辆行驶控制系统simulink建模与仿真,对比前馈控制和PI反馈控制

1.课题概述
基于空间状态方程的车辆行驶控制系统simulink建模与仿真,对比前馈控制和PI反馈控制。

2.系统仿真结果

3.核心程序与模型
版本：MATLAB2022a

% 获取输出数据中的时间列，单位为秒
t = yout(:,1); % s, time
% 获取输出数据中的速度列，单位为米每秒，此处注释中写的's'应为笔误，实际是速度的意思
v = yout(:,2); % s, speed (velocity)
% 获取输出数据中的速度误差列，单位为米每秒
v_tilde = yout(:,3); % s, error
% 获取输出数据中的期望速度列，单位为米每秒
v_d = yout(:,4); % s, desired speed
% 获取输出数据中的力列，单位为牛，此处注释中写的'desired speed'应为笔误，实际是力的意思
force = yout(:,5); % s, desired speed
% 创建新的图形窗口
figure
% 将当前图形窗口划分为2行1列的子图，选中第1个子图
subplot(2,1,1)
% 绘制期望速度随时间变化的曲线，设置线条属性
plot(t,v_d,'r--','Linewidth',2);
% 保持当前图形状态
hold on
% 绘制实际速度随时间变化的曲线，设置线条属性
plot(t,v,'Linewidth',2);
% 设置x轴标签
xlabel('Time (s)');
% 设置y轴标签，单位为米每秒
ylabel('Speed (Mass/s)');
% 显示网格
grid on
 
% 选中第2个子图
subplot(2,1,2)
% 绘制期望速度随时间变化的曲线（单位换算为千米每小时），设置线条属性
plot(t,v_d/1000*3600,'r--','Linewidth',2);
% 保持当前图形状态
hold on
% 绘制实际速度随时间变化的曲线（单位换算为千米每小时），设置线条属性
plot(t,v/1000*3600,'Linewidth',2);
% 设置x轴标签
xlabel('Time (s)');
% 设置y轴标签，单位为千米每小时
ylabel('Speed (km/hr)');
% 显示网格
grid on
% 添加图例
legend('期望车速','实际车速')
 
 
% 创建新的图形窗口
figure
% 将当前图形窗口划分为2行1列的子图，选中第1个子图
subplot(2,1,1)
% 绘制速度误差随时间变化的曲线，设置线条宽度
plot(t,v_tilde,'Linewidth',2);
% 设置x轴标签
xlabel('Time (s)');
% 设置y轴标签，单位为米每秒
ylabel('Error (Mass/s)');
% 显示网格
grid on
 
% 选中第2个子图
subplot(2,1,2)
% 绘制速度误差随时间变化的曲线（单位换算为千米每小时），设置线条宽度
plot(t,v_tilde/1000*3600,'Linewidth',2);
% 设置x轴标签
xlabel('Time (s)');
% 设置y轴标签，单位为千米每小时
ylabel('Error (km/hr)');
% 显示网格
grid on
 
% 创建新的图形窗口
figure
% 绘制力随时间变化的曲线，设置线条宽度
plot(t,force,'Linewidth',2);
% 设置x轴标签
xlabel('Time (s)');
% 设置y轴标签，单位为牛
ylabel('Force (N)');
% 显示网格
grid on
 
 
save R1.mat

4.系统原理简介
        车辆行驶控制系统旨在确保车辆在各种工况下能够稳定、安全且高效地运行。随着现代汽车技术的不断发展，对于车辆行驶控制的精度和可靠性要求越来越高。基于空间状态方程的控制方法为车辆行驶控制提供了一种系统且有效的手段，其中前馈控制和 PI 反馈控制是两种重要的控制策略。前馈控制能够根据系统的已知输入预先计算出控制量，以补偿可预见的干扰；而 PI 反馈控制则依据系统的误差信号进行调节，以消除系统的稳态误差并增强系统的稳定性。深入研究这两种控制策略的原理对于提升车辆行驶控制系统的性能具有至关重要的意义。

       前馈控制是一种开环控制策略，它基于对系统输入和干扰的先验知识，直接计算出所需的控制量，以抵消干扰对系统输出的影响，从而使系统输出能够快速跟踪期望输出。在车辆行驶控制系统中，例如当我们知道车辆即将面临一个特定的坡度变化或者风速变化等可预测的干扰时，前馈控制可以提前调整驱动力，以维持车辆速度的稳定。

        PI 反馈控制由比例（P）控制和积分（I）控制两部分组成。比例控制根据系统当前的误差信号成比例地产生控制作用，能够快速响应误差的变化，但对于稳态误差的消除能力有限。积分控制则对误差信号进行积分，其输出随着时间的积累而不断增大，直到系统的稳态误差为零，从而能够有效地消除稳态误差，提高系统的控制精度。