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制动器试验台的的控制方法分析 摘要 本文对制动器试验台的控制方法及相关问题进行研究分析，建立了基于能量守恒的 电流制动控制模型，并综合能量误差与转速误差，提出对制动控制方法的评价体系。同 时针对原控制方法的不足，建立了以能量误差与转速误差同时优化的双目标规划模型， 得到了精度较高的控制新方法。 对问题一、二，应用能量守恒定律和刚体定轴转动规律，求解得到等效的转动惯量 2 为 52kg·m 。且将环形钢制飞轮抽象成为均匀的圆环，应用相应的力学知识得到三种飞 2 轮惯量分别为 30，60，120 （单位为kg·m ）。其与基础惯量共可组合出 8 种机械惯量为 10、40 、70、100、130、160、190、220 （单位为kg·m2 ），在电动机补偿惯量范围内有 2 2 效组合为两组，分别需要补偿惯量 12kg·m 、-18kg·m 。 对问题三，利用双加载分流法，以能量守恒关系为基础，根据电动机提供的能量与 飞轮能量均被制动器消耗，建立电流与可观测量主轴扭矩之间的制动控制模型。化简计 算出两个不同补偿惯量下的电流值分别为174.8A 、262.6A 。 对问题四，在考虑能量误差作为评价指标的基础上，引入转速误差这一指标，建立 综合评价体系模型，并从宏观、微观角度全面评价了原控制方法，求得评价指标向量为 [5.58%,3.32%]，从而表明此控制方法较优。 对问题五，以每个时间微段为研究对象，将实际路试设计与模拟实验的过程合理的 匀减速化，通过能量守恒关系及刚体运动相关定律进行分析，根据前一时间段的瞬时转 速和扭矩，建立了新的电流值控制方法模型，得出电流的计算机控制规律。利用试验数 据，以 matlab 编程，求得该新方法的评价指标向量为[5.08%,3.53%]，表明这种控制方 法较为可行。 对问题六，通过对问题五中控制方法的不足之处进行分析，得出此控制方法存在能 量误差和转速误差不平衡的缺点。就此不足，在表征角速度时，引入两个参数 k ，k ， 1 2 分别以两个参数为决策变量，建立以能量误差和转速误差为目标的双目标规划模型，对 整个试验过程进行调控。为了求解方便，将转速误差转入约束，化简为单目标规划模型， 用 matlab 编程求得，在给定转速误差（5% ），得到k =0.6 ，k =0.4 时能量误差为4.38% ， 1 2 说明此方法较问题五效果更好。 最后，本文还就模型的优缺点进行了客观评价，并提出了基于模糊控制系统的改进 方法。 关键词 制动试验 能量守恒 控制方法 双目标规划 模糊控制 - 1 - 1. 问题重述 汽车的行车制动器（以下简称制动器）联接在车轮上，它的作用是在行驶时使 车辆减速或者停止。为了检测制动器的综合性能，必须进行相应的测试。在道路上 测试实际车辆制动器的过程称为路试，其方法为：车辆在指定路面上加速到指定的 速度；断开发动机的输出，让车辆依惯性继续运动；以恒定的力踏下制动踏板，使 车辆完全停止下来或车速降到某数值以下；在这一过程中，检测制动减速度等指标。 假设路试时轮胎与地面的摩擦力为无穷大，因此轮胎与地面无滑动。 由于车辆设计阶段无法路试，只能在专门的制动器试验台上对其进行模拟试验。 原则是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。制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，当制动器工作时会使主轴减速。试验台工作时， 电动机拖动主轴和飞轮旋转，达到与设定的车速相当的转速(模拟实验中，可认为主 轴的角速度与