制動器試驗臺控制方法分析

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1、沈陽理工大學(xué)07911班王瑩制動器試驗臺的控制方法分析摘要本文主要解決了汽車制動過程中的一些問題，對于問題一，由于載荷全部加載在車輪上，可以等效為車輪上質(zhì)量，這樣再根據(jù)慣量定理就能求出等效慣量。關(guān)于問題二，根據(jù)慣量定理就能把飛輪慣量求出來，就能得到一組機械慣量，再根據(jù)第一題中的結(jié)果和補償慣量的范圍就能得到合適機械慣量，從而得到合適的機械慣量。對于問題三根據(jù)理論力學(xué)中的知識能得到慣量和扭矩的關(guān)系，制動扭矩與電機扭矩和補償扭矩之間有等式的關(guān)系，再有電流和扭矩有比例關(guān)系（題中給出）就能得到電流和可觀測量（轉(zhuǎn)速）之間的數(shù)學(xué)模型。對于第四問評價控制方法優(yōu)劣的一個重要數(shù)量指標(biāo)是能量誤差的大

2、小，本題中的能量誤差是指所設(shè)計的路試時的制動器與相對應(yīng)的實驗臺上制動器在制動過程中消耗的能量之差。再對能量誤差的絕對誤差和相對誤差進(jìn)行分析就能得出結(jié)論。對于第五問可以用控制系統(tǒng)模型來進(jìn)行分析，可以應(yīng)用單位負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)，這樣就能得到較高精度的電流值，如果有誤差還可以反饋調(diào)節(jié)，這樣電流就保持在理論值允許的誤差范圍內(nèi)。對于第六問可以利用電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)代替原來的控制系統(tǒng)，使這個模型更加穩(wěn)定、完善，相比來說經(jīng)過改進(jìn)后的模型系統(tǒng)協(xié)調(diào)性較好，動態(tài)響應(yīng)較快，系統(tǒng)抗干擾能力增強，另外還可以在應(yīng)用雙閉環(huán)系統(tǒng)的同時利用神經(jīng)控制網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化。關(guān)鍵詞：汽車制動，計算機控制方法，閉環(huán)系統(tǒng)，神

3、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)20沈陽理工大學(xué)07911班王瑩目錄一、問題的提出2二．問題分析3三、模型假設(shè)4四、符號說明4五、模型的建立與求解5（一）問題一：5（二）問題二：5（三）問題三：6（四）.問題四．7（五）.電流值的計算機控制方法10（六）.模型改進(jìn)111.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)112.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略12六.模型評價與改進(jìn)13附錄1420沈陽理工大學(xué)07911班王瑩一、問題的提出汽車的行車制動器（以下簡稱制動器）聯(lián)接在車輪上，它的作用是在行駛時使車輛減速或者停止。制動器的設(shè)計是車輛設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)之一，直接影響著人身和車輛的安全。為了檢驗設(shè)計的優(yōu)劣，必須進(jìn)行相應(yīng)的測試。在道路上測試實際車輛

4、制動器的過程稱為路試，其方法為：車輛在指定路面上加速到指定的速度；斷開發(fā)動機的輸出，讓車輛依慣性繼續(xù)運動；以恒定的力踏下制動踏板，使車輛完全停止下來或車速降到某數(shù)值以下；在這一過程中，檢測制動減速度等指標(biāo)。假設(shè)路試時輪胎與地面的摩擦力為無窮大，因此輪胎與地面無滑動。為了檢測制動器的綜合性能，需要在各種不同情況下進(jìn)行大量路試。但是，車輛設(shè)計階段無法路試，只能在專門的制動器試驗臺上對所設(shè)計的路試進(jìn)行模擬試驗。模擬試驗的原則是試驗臺上制動器的制動過程與路試車輛上制動器的制動過程盡可能一致。通常試驗臺僅安裝、試驗單輪制動器，而不是同時試驗全車所有車輪的制動器。制動器試驗臺一般由安裝了飛

5、輪組的主軸、驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)的電動機、底座、施加制動的輔助裝置以及測量和控制系統(tǒng)等組成。被試驗的制動器安裝在主軸的一端，當(dāng)制動器工作時會使主軸減速。試驗臺工作時，電動機拖動主軸和飛輪旋轉(zhuǎn)，達(dá)到與設(shè)定的車速相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速(模擬實驗中，可認(rèn)為主軸的角速度與車輪的角速度始終一致)后電動機斷電同時施加制動，當(dāng)滿足設(shè)定的結(jié)束條件時就稱為完成一次制動。路試車輛的指定車輪在制動時承受載荷。將這個載荷在車輛平動時具有的能量（忽略車輪自身轉(zhuǎn)動具有的能量）等效地轉(zhuǎn)化為試驗臺上飛輪和主軸等機構(gòu)轉(zhuǎn)動時具有的能量，與此能量相應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣量(以下轉(zhuǎn)動慣量簡稱為慣量)在本題中稱為等效的轉(zhuǎn)動慣量。試驗臺上的主軸等不可拆

6、卸機構(gòu)的慣量稱為基礎(chǔ)慣量。飛輪組由若干個飛輪組成，使用時根據(jù)需要選擇幾個飛輪固定到主軸上，這些飛輪的慣量之和再加上基礎(chǔ)慣量稱為機械慣量。例如，假設(shè)有4個飛輪，其單個慣量分別是：10、20、40、80kg·m2，基礎(chǔ)慣量為10kg·m2，則可以組成10，20，30，…，160kg·m2的16種數(shù)值的機械慣量。但對于等效的轉(zhuǎn)動慣量為45.7kg·m2的情況，就不能精確地用機械慣量模擬試驗。這個問題的一種解決方法是：把機械慣量設(shè)定為40kg·m2，然后在制動過程中，讓電動機在一定規(guī)律的電流控制下參與工作，補償由于機械慣量不足而缺少的能量，從而滿足模擬試驗的原則。一般假設(shè)試驗臺采用的電

7、動機的驅(qū)動電流與其產(chǎn)生的扭矩成正比（本題中比例系數(shù)取為1.5A/N·m）；且試驗臺工作時主軸的瞬時轉(zhuǎn)速與瞬時扭矩是可觀測的離散量。由于制動器性能的復(fù)雜性，電動機驅(qū)動電流與時間之間的精確關(guān)系是很難得到的。工程實際中常用的計算機控制方法是：把整個制動時間離散化為許多小的時間段，比如10ms為一段，然后根據(jù)前面時間段觀測到的瞬時轉(zhuǎn)速與/或瞬時扭矩，設(shè)計出本時段驅(qū)動電流的值，這個過程逐次進(jìn)行，直至完成制動。評價控制方法優(yōu)劣的一個重要數(shù)量指標(biāo)是能量誤差的大小，本題中的能量誤差是指所設(shè)計的路試時的制動器