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第1章 仿真设计研究方法 1

1.1 科学研究方法概述 1

1.1.1 经验方法 1

1.1.2 理论方法 2

1.1.3 实验研究方法 2

1.2 相似性原理 3

1.2.1 相似性 3

1.2.2 相似定理 5

1.2.3 相似理论与仿真技术发展 5

1.3 系统建模与仿真研究 6

1.3.1 模型分类 7

1.3.2 仿真模型 8

1.4 控制系统研究方法 8

1.4.1 研究方法介绍 8

1.4.2 仿真试验的分类与比较 9

1.4.3 数学仿真实验 10

1.5 汽车设计中的仿真实验方法 12

1.6 控制系统数字仿真工具 14

1.7 本章小结 15

习题 15

参考文献 16

第2章 控制系统建模方法 17

2.1 控制系统数学模型分类 17

2.2 控制系统数学建模方法 18

2.2.1 机理建模法 18

2.2.2 实验建模法 21

2.2.3 综合建模 23

2.3 模型的验证与评估 25

2.3.1 数学模型的有效性 25

2.3.2 模型验证的内容 25

2.3.3 模型验证的基本方法 26

2.3.4 动态模型验证的判断标准 26

2.4 控制系统的数学模型表示 27

2.4.1 数学模型的表示形式 27

2.4.2 不同数学形式的转换 29

2.5 汽车机电系统典型器件的数学模型 31

2.5.1 机械系统的数学模型 31

2.5.2 电子电器系统数学模型 32

2.6 本章小结 35

习题 35

参考文献 35

第3章 控制系统数字仿真与实现 36

3.1 微分方程数值求解 36

3.1.1 数值求解基本方法 36

3.1.2 刚性问题 40

3.1.3 算法选择 42

3.2 控制系统的数字仿真实现 43

3.2.1 单变量系统的可控标准型实现 43

3.2.2 控制系统的数字仿真实现 45

3.3 MATLAB数字仿真软件 46

3.4 M语言基础 46

3.4.1 矩阵与数组的基本操作 46

3.4.2 数据类型与变量定义 47

3.4.3 基本语法 49

3.4.4 流程控制 50

3.4.5 函数与M文件 51

3.5 控制系统工具箱 53

3.5.1 仿真模型建立与选择 53

3.5.2 模型求解用函数集 54

3.5.3 关于离散系统 55

3.6 图形化控制系统仿真工具 56

3.6.1 Simulink工具箱 57

3.6.2 建立仿真模型 59

3.6.3 仿真模型运行 59

3.7 本章小结 62

习题 63

参考文献 64

第4章 控制系统分析 65

4.1 控制系统时域分析方法 65

4.1.1 稳定性分析 65

4.1.2 静态性能分析 66

4.1.3 动态性能分析 67

4.2 频域分析方法 70

4.2.1 频率特性函数 70

4.2.2 频率特性的图示方法 70

4.3 根轨迹分析法 74

4.3.1 根轨迹的定义 74

4.3.2 根轨迹绘制 75

4.3.3 参数根轨迹 77

4.3.4 图形化系统分析工具 79

4.4 控制系统稳定性判定 80

4.4.1 李亚普诺夫稳定性判定方法 80

4.4.2 奈奎斯特稳定性判定方法 82

4.4.3 利用伯德图进行奈奎斯特判定 83

4.4.4 利用尼科尔斯图进行判定 83

4.5 稳定裕量分析 84

4.6 高阶系统的分析 88

4.6.1 高阶系统的响应与近似 88

4.6.2 开环小参数对闭环影响 90

4.7 本章小结 91

习题 91

参考文献 94

第5章 控制系统设计 95

5.1 控制系统设计概述 95

5.1.1 控制系统设计理论的发展 96

5.1.2 控制系统设计指标分析 97

5.2 基于频率特性的控制器设计 99

5.2.1 开环频率特性的分段设计 100

5.2.2 串联校正 106

5.2.3 反馈校正 115

5.3 基于根轨迹的控制器设计 119

5.3.1 串联超前校正 120

5.3.2 串联滞后校正 128

5.4 PID控制器设计方法 131

5.4.1 PID控制器结构及原理 131

5.4.2 PID控制器设计方法 137

5.5 二自由度控制器设计方法 139

5.5.1 二自由度控制原理 139

5.5.2 二自由度控制器设计 140

5.6 本章小结 145

习题 145

参考文献 146

第6章 汽车电子控制系统设计方法概述 147

6.1 汽车电子控制系统 147

6.1.1 发展历史 147

6.1.2 汽车电子控制系统构成 149

6.1.3 控制系统的性能评价 151

6.2 V型控制器开发流程 152

6.2.1 传统汽车电子控制器开发及其挑战 152

6.2.2 控制器V型开发流程 153

6.3 基于模型的控制器开发工具支持 156

6.3.1 控制器离线仿真软件工具支持 157

6.3.2 快速控制器原型工具 158

6.3.3 自动代码生成工具 161

6.3.4 控制器硬件在环测试工具 161

6.3.5 系统集成与标定工具 163

6.4 基于V型开发模式的CVT电控系统开发实例 163

6.4.1 控制策略设计 164

6.4.2 系统建模及离线仿真 164

6.4.3 快速控制原型 165

6.4.4 目标ECU自动代码生成 165

6.4.5 硬件在环仿真 165

6.4.6 实车试验与标定 166

6.4.7 开发实例小结 167

6.5 本章小结 167

习题 167

参考文献 167

第7章 汽车电子控制系统仿真设计应用 168

7.1 汽车巡航控制系统仿真与设计 168

7.1.1 定速巡航控制系统 168

7.1.2 自适应巡航控制系统 173

7.2 汽车电动助力转向控制系统 177

7.2.1 转向系统模型 177

7.2.2 车辆动力学模型 180

7.2.3 转向助力控制器仿真与设计 181

7.3 本章小结 196

习题 196

参考文献 197

第8章 控制系统仿真与设计实验 198

8.1 MATLAB/Simulink虚拟仪表设计实验 198

8.1.1 实验目的 198

8.1.2 实验设备 198

8.1.3 实验内容 198

8.1.4 实验阅读材料 200

8.2 离线仿真与实时仿真对比实验 200

8.2.1 实验目的 200

8.2.2 实验设备 200

8.2.3 实验内容 200

8.3 直流电机调速控制器仿真与设计实验 202

8.3.1 实验目的 202

8.3.2 实验设备 202

8.3.3 实验内容 202

8.3.4 实验阅读材料 202

8.4 基于驾驶模拟器的EPS系统仿真与设计实验 203

8.4.1 实验目的 203

8.4.2 实验设备 203

8.4.3 实验内容 203

符号对照表 208