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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进行计算与分析，并针对双分流加载式制动

器试验台的计算机控制方法进行了设计与评价与改进。

对问题一,利用能量守恒定律，把车辆平动时具有的动能等效地转化为试验台上飞轮

和主轴等机构转动时具有的转动动能，得出等效的转动惯量为52kgm2

对问题二，通过对不同飞轮的组合，可以产生8种方案，根据所给的条件，对于问

题1中得到的等效的转动惯量52kgm2，电动机的补偿惯量有两种方案：12kgm2和

-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，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，对问题三的题目进行分析求解，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行评价，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基本条件和

一组观测量，利用MATLAB进行模拟，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

型进行控制，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

pID

用BP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

虑到能量反馈，使该方法的模拟误差大大减小。

关键词：转动惯量积分模型能量反馈神经网络PID控制

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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

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。

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行模拟试验。模拟试