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制动器试验台的控制方法分析

摘要

本文围绕控制器试验台的控制方法问题，做出了相关计算与分析，并针对双分流加

载式制动器试验台的计算机控制方法进展了设计与评价与改良。

对问题一、问题二，我们通过对题意的充分理解，利用相关物理学知识建立简单的数学

模型并求解，得出问题一的等效的转动惯量52kgm2和问题二的电动机的补偿惯量

12kgm2、-18kgm2。

对问题三，要求建立电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型。题目中已说明可观测

量为主轴的瞬时转速和瞬时扭矩。首先，我们充分分析题目的各个量的关系，初步建立

出分步模型，然后简化该模型，建立电流分别与两个观测量的数学模型。并根据该模型

和问题一、二的结果，对问题三的题目进展分析求解，得到驱动电流是174.8A。

对问题四，首先我们根据题目中指定的评价控制方法优劣的指标建立评价模型：以模拟

负载精度为评价指标。然后建立一般积分模型，通过数据分析与处理，基于对离散数据

的处理方法，我们采用以和式代替积分，利用改变后的模型，求解出制动器在试验台制

动过程所消耗的能量49296.62焦。在利用评价模型对该方法进展评价，模拟负载精度为

5.4743%，效果相对较好。

对问题五，我们先由给出的一组观测量，建立近似的计算模型，估算出下一时刻的

瞬时转速，该瞬时转速存在较大误差，为减小这一段路试时与试验台上的能量差，我们

再用能量守恒的方法，建立模型，求出下一阶段的瞬时扭矩。再根据问题三的模型，由

该扭矩算出相应时刻的电流值，达到预测电流的目的。我们根据第四问中的根本条件和

一组观测量，利用MATLAB进展模拟，得到较好的控制效果。

对问题六，分析计算机的调整过程我们发现，计算机的调控是一种闭环回馈调节，即计

算机输出的信号会对被控系统产生影响；同时反过来计算机又根据被控系统此时的变化

〔或运行状态〕来决定下一次控制信号的输出，根据这一特点我们决定采用PID模型进

展控制，要想获得好的控制效果，关键是三系数k，k，k的设定，所以我们采用BP

pID

神经网络来对，动态的调整参数的值，使其随着系统状态而不断学习改变，从而大大提

高了PID控制的可靠性。

本文的最大特色在于在第五问中，创造性地设计出了效果较好的电流控制方法，考虑到

能量反应，使该方法的模拟误差大大减小。

关键词：制动器试验台积分模型能量反应BP神经网络PID控制

一、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

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减速或者停止。制动器的设计是车辆设计中最重要的环节之一，直接影响着人身和车辆

的安全。为了检验设计的优劣，必须进展相应的测试。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。

为了检测制动器的综合性能，需要在各种不同情况下进展大量路试。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对所设计的路试进展模拟试验。模拟试