制动器试验台的控制方法分析正文..doc

制动器试验台的控制方法分析 摘要 针对在飞轮和电机联合模拟制动器负载情况下，驱动电流与时间的关系难以精确确定的问题，本文详细分析了联合试验台制动的制动过程，共建立了三个驱动电流控制模型，分别为基本模型、误差修复模型、实时控制模型。其中前两个模型是将连续的时间离散化，利用微分的思想；第三个模型是通过对电压的控制来调节电流，从而将时间连续化，避免累积误差的产生。 问题一是求车辆单个前轮，解出车辆前轮的等效转动惯量。 问题二是求三个飞轮组可以组成哪些机械惯量，将数据代入，共得出8种机械惯量组合，分别为，当机械惯量取40时电流的驱动惯量为12，当机械惯量取70时电流的驱动惯量为-18。 问题三是假设制动减速度为常数再结合电流和力矩的正比关系求的驱动电流是一个常量，和。 问题四是对方案进行评价，利用题目中所给的评价指标，利用刚体定轴转动的转动定能定理求得路试时制动过程消耗的能量和制动器制动消耗的能量的差值为，相对误差为，在误差允许的范围之内，因此认为控制方法是一个合理的方案。 问题五是在问题三模型的基础上，给出根据前一个时间段观测到的瞬时转速或瞬时扭矩，设计时间段电流值的计算机控制方法，。 针对问题六，我们建立了一个实时控制模型，引入一个电容器，从而通过控制电压来达到控制电流的目的，最后的到实时控制的电压为。只要将电压调节为相应的值，那么电路中的电流自然就是所需要的驱动电流。 关键词：刚体转动动能 刚体转动惯量 转动定律 刚体定轴转动的角冲量 一、问题重述 汽车的行车制动器（以下简称制动器）的作用是在行驶时使车辆减速或者停止。为了检验设计的优劣，必须进行相应的测试。为了检测制动器的综合性能，需要在各种不同情况下进行大量路试。但是，车辆设计阶段只能在专门的制动器试验台进行模拟试验。试验台上制动器的制动过程与路试车辆上制动器的制动过程尽可能一致通常试验台仅安装、试验单轮制动器动器试验台一般由安装了飞轮组的主轴、驱动主轴旋转的电动机、底座、施加制动的辅助装置以及测量和控制系统等组成。被试验的制动器安装在主轴的一端，当制动器时会使主轴减速。试验台工作时，电动机拖动主轴和飞轮旋转，达到设定的车速相当的转速后电动机断电同时施加制动，当满足设定的结束条件时就称为完成一次制动。 路试车辆指定车轮在制动时承受载荷。将这个载荷在车辆平动时的能量等效地转化为试验台上飞轮等机构转动时的能量，的转动惯量称为等效的转动惯量。试验台上的主轴等不可拆卸机构的惯量称为基础惯量。飞轮组由若干个飞轮组成，使用时根据需要选择几个飞轮固定到主轴上，这些飞轮的惯量之和再加上基础惯量称为机械惯量。但对于惯量的情况，就不能精确地用机械惯量模拟试验。这个问题的一种解决方法是：把机械惯量设定为，让电动机在一定规律的电流控制下参与工作，补偿由于机械惯量不足而缺少的能量，。 一般假设试验台采用的电动机的驱动电流与其产生的扭矩成正比（本题中比例系数取为1.5 A/N·m）；且试验台工作时主轴瞬时转速与瞬时扭矩是可观测的离散量。 由于制动器性能的复杂性，电动机驱动电流与时间之间的精确关系是很难得到的。工程实际中常用的计算机控制方法是：把整个制动时间离散化为许多小的时间段，比如10 ms为一段，然后根据前面时间段观测到的瞬时转速与/或瞬时扭矩，设计出段驱动电流的值，这个过程逐次进行，直至完成制动。 现在要求： 1. 设车辆单个前轮的滚动半径为0.286 m，制动时承受的载荷为6230 N，求等效的转动惯量 2. 飞轮组由3个外直径1 m、内直径0.2 m的环形钢制飞轮组成，厚度分别为0.0392 m、0.0784 m、0.1568 m，钢材密度为7810 kg/m3，基础惯量为10 kg·m2，问可以组成哪些机械惯量设电动机惯量的范围为 [-30, 30] kg·m2，对于问题1中得到的等效的转动惯量，需要用电动机多大的惯量 3. 建立电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型。在问题1和问题2的条件制动减速度为常数，初始速度为50 km/h，制动5后车速为零，计算驱动电流 4. 对于等效的惯量为48 kg·m2，机械惯量为35 kg·m2，初为514转/分钟，末为257转/分钟，时间步长为10 ms的情况，用某种控制方法试验得到的数据见附表。请对该方法执行的果进行评价 5. 按照第3问导出的数学模型给出根据前一个时间段观测到的瞬时转速与/或瞬时扭矩，设计时间段电流值的计算机控制方法，并对该方法进行评价 6. 第5问给出的控制方法有不足之处重新设计一个尽量完善的计算机控制方法。。，且载荷与车轮半径均已知。结合角速度与线速度的转化公式，即可求出该车辆制动时所具有的等效转动惯量。 2.2问题二的思路分析 本题要解决的是飞轮惯量及等效转动惯量的构成问题。图一为等效转动惯量