---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------ Simulink四轮驱动小车的数学建模及
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摘要本课题建模的对象为前轮转向、后轮驱动的小车。论文采用机理分析和实验测试相结合的方法，建立该智能小车在平面上运动的双输入双输出模型。根据小车运行和控制特点，输入量选取智能小车的舵机控制信号和电机控制信号，分别控制车辆转向和前进速度，输出量选取智能小车任意时刻在平面上的坐标。首先通过机理分析得到智能小车的模型结构，舵机模型为带延迟的一阶微分方程，电机模型为一阶微分方程，在转向时需要在电机模型中加入前轮转向对速度的影响，然后通过运动学建模分析建立智能小车的整车模型结构。其次，通过实验测试获取不同情况下小车运行数据，接着运用最小二乘法估计出模型中的未知参数。将得到的模型和实际小车行驶情况进行对比，验证了此模型的有效性和可靠性。5200
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关键词：智能车；建模；参数估计
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ABSTRACT
This modelling object is a four-wheel electric smart car. The mechanism analysis method and experimental modelling method are employed to establish a two-input two-output mathematical model for a smart car. The input of the model is servo control signal and motor control signal, which respectively controls the smart car’s turning and speed, and the output of this model is complanate coordinate of the smart car, which has two degree of freedom. Firstly, the model structure is obtained by using mechanism analysis method. Then, the data of various scenarios for the step responses of the system are measured under different input. With least squares method applied, the parameters of the model are identified. Comparing the simulation result (using the identified model) and the actual experience data (using the smart car running with the same setting), we can see that this model is validated and proved to be reliable.
智跑价格Key words:smart car; kinematic model; parameter
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目次
四轮驱动最早应用于第一次世界大战的军事用车，很快这项技术在二战期间美国军事车吉普上得到广
泛使用。二战结束之后，首先被应用在陆虎上。几十年来，四驱依然被应用在越野车领域上直到1970年英国罗孚(Range Rover)公司使用了这项技术。近些年来, 由于现代道路交通系统和现代汽车技术的发展，人们对汽车的转向操纵性能和行驶稳定性的要求日益提高。作为改善汽车操纵性能最有效的一种主动底盘控制技术—&mdash；四轮转向技术，于二十世纪80 年代中期开始在汽车上得到应用，并伴随着现代汽车工业的发展而不断发展。仿真一直是汽车开发中的一个重要环节，通过合理有效的仿真可以加快汽车开发进度，节约开发成本。伴随着其他技术的发展，其建模和仿真技术也在飞速发展. 随着计算机技术的飞速发展，计算机仿真已经是四轮驱动汽车设计开发的有力辅助工具,
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仿真分析有利于深入理解小车系统的工作过程，分析控制策略中占主要影响的动力学因素；并可用来分析整车能量消耗和评估整车性能，验证和优化设计方案。随着研究的深入，国内外已经开发出多款四轮驱动小车的数学建模及仿真的应用领域和应用范围正逐渐拓宽, 对其移动的快速性和机动性要求也日益增强. 全方位四轮驱动小车由于具有平面运动的全部三个自由度, 前后、左右和自转, 理论上可以在任何角度以任何速度在小车所处平面上运动, 因此其移动的快速性和机动性要优于自由度少于3个的非全方位移动小车, 并能够在狭窄有限的空间中工作.目前, 比较成熟的全方位移动小车轨迹规划方法多是针对相对静态的环境. 本课题研究实时动态环境下四轮全方位移动小车的运动建模和轨迹规划算法, 通过对小车运动学和动力学模型的分析, 提出了控制模型, 并通过简化有效减小了计算量; 同时, 利
用最优控制相关理论提出了时间最优的轨迹生成算法。
智能小车在水平面运动时，输入量选取舵机控制信号和电机控制信号，分别控制车辆转向和前进速度，
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输出量选取小车在该平面上的坐标，当使用直角坐标系时，输出量为当前坐标[X,Y]，于是小车模型为一个双输入双输出的数学模型。
首先将小车模型分为三部分分别进行理论研究：
（1）舵机输入输出模型。舵机控制前轮转向，其输入为舵机控制信号PWM波的占空比，输出为小车前轮偏角。
（2）电机输入输出模型。电机控制小车速度，其输入为电机控制信号PWM波的占空比，输出为小车后轮速度。
（3）小车运动学模型。输入为小车速度和转角，输出为小车当前坐标。
2.2舵机模型结构
本课题所使用的舵机为一个直流电压舵机，我们选择Futaba S3010作为舵机的型号，可使用的电源为
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