A20004098中南大學(xué)申少華譚巨良謝燕生

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1、制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)的控制方法分析摘要制動(dòng)器的設(shè)計(jì)是車輛設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)之一，直接影響著人身和車輛的安全。本文就制動(dòng)器的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究。先通過(guò)能量關(guān)系導(dǎo)出等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式。求出計(jì)算電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償慣量的一般方法，若輪的半徑為0.286m，承受載荷為6230N，則其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為51.9989。計(jì)算出n個(gè)飛輪可組成的機(jī)械慣量數(shù)為。再推導(dǎo)出電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流依賴于瞬時(shí)轉(zhuǎn)速等可觀察量的數(shù)學(xué)模型，針對(duì)這種方法的不足，再用積分法導(dǎo)出另外一個(gè)數(shù)學(xué)模型。然后，采用了能量誤差、制動(dòng)能力矩穩(wěn)定性、角速度變化率、等效慣量和實(shí)際慣量的誤差大小、實(shí)際慣量的波動(dòng)情況等評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制電流

2、方法的定量分析。求得能量相對(duì)誤差為5.43%，綜合各個(gè)指標(biāo)分析知，數(shù)據(jù)結(jié)果控制相對(duì)平穩(wěn)。分別根據(jù)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速和電流、轉(zhuǎn)速電流和力矩建立了計(jì)算機(jī)控制電流的三個(gè)模型。分析這三個(gè)模型，發(fā)現(xiàn)利用扭矩控制電流的模型會(huì)使數(shù)據(jù)誤差擴(kuò)張，而利用轉(zhuǎn)速則不會(huì)。為解決上述模型誤差擴(kuò)張的問(wèn)題，以電動(dòng)機(jī)做功應(yīng)該等于能量補(bǔ)償為約束條件，以最小化系統(tǒng)速度曲線和理想速度曲線的偏差為目標(biāo)，建立優(yōu)化模型，目標(biāo)函數(shù)為，約束為。將模型離散化就能近似的求解出模型，得到本階段電流的值。最后，用MATLAB中的simulink工具箱進(jìn)行雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)中的仿真，仿真設(shè)定了有擾動(dòng)的制動(dòng)力矩的輸入

3、，從而能夠檢測(cè)上文中提到的四種計(jì)算機(jī)控制電流的模型。27一問(wèn)題重述制動(dòng)器的設(shè)計(jì)是車輛設(shè)計(jì)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(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，必須進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。為檢測(cè)制動(dòng)器的綜合性能，需要在各種不同情況下進(jìn)行大量路試。但車輛設(shè)計(jì)階段無(wú)法路試，只能在專門的制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)所設(shè)計(jì)的路試進(jìn)行模擬試驗(yàn)。路試車輛的指定車輪在制動(dòng)時(shí)承受載荷。將這個(gè)載荷在車輛平動(dòng)時(shí)具有的能量等效地轉(zhuǎn)化為試驗(yàn)臺(tái)上飛輪和主軸等機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有的能量，與此能量相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在本文中稱為等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。試驗(yàn)臺(tái)上的主軸等不可拆卸機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量稱為基礎(chǔ)慣量。飛輪組由若干個(gè)飛輪組成，使用時(shí)根

4、據(jù)需要選擇幾個(gè)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(jī)械慣量。但對(duì)于與機(jī)械慣量不相等的等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，就不能精確地用機(jī)械慣量模擬試驗(yàn)。要讓電動(dòng)機(jī)在一定規(guī)律的電流控制下參與工作，補(bǔ)償由于機(jī)械慣量不足而缺少的能量，從而使試驗(yàn)臺(tái)上制動(dòng)器的制動(dòng)過(guò)程更符合實(shí)際情況?，F(xiàn)要求解答以下問(wèn)題：1）設(shè)車輛單個(gè)前輪的滾動(dòng)半徑為0.286m，制動(dòng)時(shí)承受的載荷為6230N，求等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2）飛輪組由3個(gè)外直徑1m、內(nèi)直徑0.2m的環(huán)形鋼制飛輪組成，厚度分別為0.0392m、0.0784m、0.1568m，鋼材密度為7810kg/m3，基礎(chǔ)慣量為10kg·m2，問(wèn)可以組

5、成哪些機(jī)械慣量？設(shè)電動(dòng)機(jī)能補(bǔ)償?shù)哪芰肯鄳?yīng)的慣量的范圍為[-30,30]kg·m2，對(duì)于問(wèn)題1中得到的等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，需要用電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償多大的慣量？3）建立電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電流依賴于可觀測(cè)量的數(shù)學(xué)模型。在問(wèn)題1和問(wèn)題2的條件下，假設(shè)制動(dòng)減速度為常數(shù)，初始速度為50km/h，制動(dòng)5.0秒后車速為零，計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流。4）對(duì)于與所設(shè)計(jì)的路試等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為48kg·m2，機(jī)械慣量為35kg·m2，主軸初轉(zhuǎn)速為514轉(zhuǎn)/分鐘，末轉(zhuǎn)速為257轉(zhuǎn)/分鐘，時(shí)間步長(zhǎng)為10ms的情況，用某種控制方法試驗(yàn)得到數(shù)據(jù)。請(qǐng)對(duì)該方法執(zhí)行的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。5）按照第3問(wèn)導(dǎo)出的數(shù)學(xué)模型，給出根據(jù)前一個(gè)時(shí)間段

6、觀測(cè)到的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速與/或瞬時(shí)扭矩，設(shè)計(jì)本時(shí)間段電流值的計(jì)算機(jī)控制方法，并對(duì)該方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。6）第5問(wèn)給出的控制方法是否有不足之處？如果有，請(qǐng)重新設(shè)計(jì)一個(gè)盡量完善的計(jì)算機(jī)控制方法，并作評(píng)價(jià)。二問(wèn)題分析汽車制動(dòng)器的作用是在行駛時(shí)使車輛減速或者停止。本題的背景是汽車制動(dòng)器的測(cè)試，我們可以1）通過(guò)汽車實(shí)際車試的能量與實(shí)驗(yàn)臺(tái)的能量相等求出等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。2）可以使用物理方法推導(dǎo)求出飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，通過(guò)基礎(chǔ)慣量與飛輪慣量的組合可以求出機(jī)械慣量的組合值，再根據(jù)問(wèn)題1的數(shù)據(jù)求出電動(dòng)機(jī)的補(bǔ)償慣量值。通過(guò)各個(gè)時(shí)刻扭矩與慣性矩和電動(dòng)機(jī)扭矩的關(guān)系可以求出電動(dòng)機(jī)的扭矩，再根據(jù)扭矩與電流的比列

7、關(guān)系，可以求出相應(yīng)的電流值。3）從能量消耗和實(shí)際慣性與等效慣性的比較等個(gè)不同的指標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。274）根據(jù)問(wèn)題三的模型和當(dāng)前時(shí)間段的數(shù)據(jù)，可以設(shè)計(jì)下階段的電流使得下階段的實(shí)際慣性與等效慣性相等，從而使得該實(shí)驗(yàn)臺(tái)制動(dòng)器能真實(shí)模擬車試的制動(dòng)。5）問(wèn)題六考慮電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性建模，并通過(guò)Matlab中的Simulink仿真。三基本假設(shè)1）忽略由于空氣和軸承等摩擦阻力所造成的能量損失。2）忽略車輪由于自身的轉(zhuǎn)動(dòng)而所具有的能量。3）模擬實(shí)驗(yàn)中，可認(rèn)為主軸的角速度與車輪的角速度始終一致。4）假設(shè)路試時(shí)輪胎與地面的摩擦力為無(wú)窮大，因此輪胎與地面無(wú)滑動(dòng)。4）不考慮觀測(cè)誤

8、差、隨機(jī)誤差和連續(xù)問(wèn)題離