制动器试验台的控制方法及分析.doc

制动器试验台的控制方法及分析 熊聪 甄平 张吉昕 摘要 本文先是通过对制动器试验台控制过程作机理分析，根据物理学中扭矩、转动惯量、能量守恒、转速等的相互关系，利用双分流加载原理推导出模型一，即电动机驱动电流依赖于扭矩的数学模型： （模型一） 依据模型一及其推导过程的相关公式，计算出问题一中的等效转动惯量=52；问题二中由3个飞轮组成飞轮组对于问题1中的等效转动惯量，需要用电动机=12的惯量驱动电流174.825 。 接着基于主轴的角速度与车轮的角速度始终一致的假设，得到前一个时间段观测值与本时间段观测值的关系，结合模型一求出本时段的电流，从而建立了模型二，即根据前一个时间段观测到的瞬时扭矩，设计本时间段电流值计算机控制方法的数学模型，从而建立了驱动电流的计算机控制模型： （模型二） 分析发现，模型二并不能很好的适用于制动过程前期的调整扭矩阶段，于是，通过增加初始的转速，我们重新设计了一个计算机控制方法的改进模型： （模型三） 为了能对控制方法，其二是通过计算能量误差来进行评价：。 对问题4得到汽车的行车制动器（以下简称制动器）的作用是在行驶时使车辆减速或者停止。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。但是，车辆设计阶段无法路试，只能在专门的制动器试验台上进行模拟试验。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，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（忽略车轮自身转动的能量）等效地转化为试验台上飞轮等机构转动时的能量，的转动惯量以下转动惯量简称为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。飞轮的惯量之和再加上基础惯量称为机械惯量。例如，假设有4个飞轮，其单个惯量分别是：10、20、40、80 kg·m2，基础惯量为10 kg·m2，可以组成10，20，30，…，160 kg·m2的16种数值的机械惯量。但对于等效的惯量为45.7 kg·m2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40 kg·m2，然后在制动过程中，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。 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。 控制方法优劣能量误差的大小，能量误差现在要求你们： 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。； 7、假设制动时间离散化后的每一个小时间段内，电流保持不变。 8、假设不考虑观测误差、随机误差和连续问题离散化所产生的误差。 符号说明： ：传动系统的等效转动惯量，单位为。 ：基础惯量，单位为。 ：需要电动机补偿的惯量，单位为。 ：为飞轮及主轴的转动惯量，单位为。 : 传动系统的角速度，单位为。 ：总的扭矩，单位为。 ：电流驱动产生的扭矩，单位为。 ：机械(飞轮及主轴)产生的扭矩，单位为。 ：时间，单位为。