制动器试验台的控制方法设计.doc

制动器试验台的控制方法计算出了半径为0.286m承受载荷为6320N的车轮的等效转动惯量为52，通过分析得出由3个飞轮可以组合出8种不同的机械惯量，并根据补偿惯量的范围[-30, 30] kg·m2最终得到电动机补偿的惯量为12 kg或-18 kg。在第三问中我们建立了驱动电流依赖可观测量（瞬时转速与瞬时扭距）的模型并在所给条件计算出驱动电流分别为174.8A或是-262A。在第四问中根据能量守恒定律对所给的控制方法进行评价，得到路试时的制动器与相对应的试验台上制动器在制动过程中消耗的能量的误差率为4.18%。按照第三问给出的数学模型并应用MATLAB-simulink建立了离散仿真模型，并对其进行评价，然后在问题五中双闭环直流调速系统的基础上，引入对负载扰动进行补偿的前馈控制，从而构成一种复合控制系统，以实现对驱动电流的控制作用。研究结果表明，采用计算机仿真设计使制动器实验台的驱动电流的控制方法大为简化、系统性能得到有效提高、数据更加可靠；同时，对类似的数字控制系统设计也具有一定的指导意义。 关键字：制动器实验台；转动惯量；MATLAB-simulink；PID控制系统； 一、问题的提出与分析 模拟试验的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。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。 ：制动时承受的载荷； m：刚体的质量； ：表示不同飞轮组合后的惯量和； ：表示不同飞轮组的机械惯量； ：表示主轴的角速度； ：表示飞轮转速； ：表示主轴扭矩； ：表示角加速度； ：表示第个10ms周期的角速度； ：表示第个10ms周期制动器吸收的能量； ：表示车轮的等效惯量； E：表示路试时的制动器与相对应的试验台上制动器在制动过程中消耗能量能量差； ：表示驱动电流与产生的扭矩之间的比例系数； ：表示路试时的制动器与相对应的试验台上制动器在制动过程中消耗能量存在误差的误差率； ：表示钢材的密度； 四、模型建立及求解 1、 问题1 的求解： 转动惯量是刚体绕轴转动的度量。其数值为，式中表示刚体的某个质点的质量，表示该质点到转轴的垂直距离。 ⑴ 而 ⑵ 轮子与地面的摩擦是无限大的，所以摩擦因数为1，因此 ，即 ⑶ 由①②③式得到半径为0.286m的飞轮的等效转动惯量为52 kg。 2、问题2的求解： 一．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。飞轮组是由若干个飞轮组成，使用时根据需要选择几个飞轮固定在主轴上。本文中提供了不同规格的三个飞轮, , ，3个飞轮就可以组和计算出8组机械惯量设圆环D为，钢材的密度，单个飞轮的惯量计算公式为 ⑷ 三个飞轮的单个惯量分别为: j=30 kg。 j=60 kg。 j=120 kg。 八种飞轮组合的惯量为： =0。 = j=30kg。 = j=60kg。 = j= 120kg。 = j+j=90kg。 =j+ j=150kg。 = j+j=180kg。 =j+j+j=210 kg。 制动器的机械惯量等于制动器飞轮组合的惯量与