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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行了设计与评价与改进。

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，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，将问题一、二的结果

带入到模型之中。求得驱动电流是174.8A。

对问题四，通过固定机械惯量与路试时的转动惯量进行比较，确定电惯量的补偿量，

进而确立了混合惯量模拟方法，建立微分方程模型，求出主轴扭矩为恒定值

M276.6218Nm，又对实验的数据与理论值进行比较，用隔项逐差法分析了相对

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误差的大小分别为e4.12%，e2.08%，可以得知该控制方法是切实可行的。

nM

对问题五，我们可以根据自动控制原理建立单闭环反馈系统，通过传感器检测出主

轴的扭矩，通过线性关系建立差分模型，可依据前一时间段观测到的瞬时扭矩，求出前

段时间的电流值I(t1)，并可预测出本时段驱动电流的值

I(t)a(MM(t1))I(t1)。将能量误差等效为预测电流值与理论值的相对误差，

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利用问题四的数据，分析处理得到的相对误差为2.31%，此控制方法比较合理。

对问题六，我们分析了上个模型在实际模拟时要受到转速的影响，可在模型5的系

统上再加上一个转速反馈，建立双闭环反馈系统，反应了转速与扭矩的关系

a

M(t1)babI(t)

（、常数），可预测出下段时间的电流。由问题4求出扭

n(t)2

矩和转速的相对误差的倒数的比重等效为预测的电流I(t)、I(t)的权重，对其加权求

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和后计算出与其理论值的相对误差为1.91%，可以看出把力矩与转速反馈量加权后，采

用的双闭环反馈求得的误差比力矩与转速任一单独反馈时的误差都要小，更加符合实

际，总体来说我们设计的模拟系统可以很好的满足题目要求的指标性能。

关键词：转动惯量能量守恒微分模型相对误差闭环反馈系统

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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