制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)的控制方法分析.doc

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1、制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)的控制方法分析摘要本文對(duì)模擬路試的制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)中的轉(zhuǎn)速和能量變化進(jìn)行分析，建立了依賴于轉(zhuǎn)速的能量補(bǔ)償非線性模型，并求解了模型。基于現(xiàn)代控制理論，提出了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)控制方法。通過(guò)數(shù)值例子和仿真，驗(yàn)證了模型的合理性以及所采用的控制策略的有效性。此模型進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)。利用物理學(xué)知識(shí)，針對(duì)問(wèn)題一，求解得到等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量約為52；針對(duì)問(wèn)題二，求解得到符合條件的飛輪組組合為基礎(chǔ)慣量和1號(hào)飛輪（即厚度為0.0392的飛輪）、基礎(chǔ)慣量和2號(hào)飛輪（即厚度為0.0784的飛輪），其補(bǔ)償慣量對(duì)應(yīng)的能量分別約為：11和-18。為了補(bǔ)償由于機(jī)械慣量不足而缺少的能量，以滿足模擬試驗(yàn)的原則，基

2、于離散化過(guò)程和測(cè)度反饋的思想，建立了驅(qū)動(dòng)電流依賴于瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的非線性模型。由此模型得到問(wèn)題三結(jié)果，符合條件的驅(qū)動(dòng)電流穩(wěn)定值趨向于174.6882A和-262.4956A。對(duì)于問(wèn)題四，以誤差計(jì)算的方法，判定其控制方法的優(yōu)劣，得到該控制方法的補(bǔ)償能量百分比約為98.07%。進(jìn)一步，以上述模型為基礎(chǔ)，為了減小能量誤差，針對(duì)問(wèn)題五和問(wèn)題六，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩種計(jì)算機(jī)控制方法。針對(duì)問(wèn)題五的控制方法，得到其補(bǔ)償能量百分比達(dá)到99.37%。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)引入自適應(yīng)系數(shù)，使得該模型具有靈活性和更廣泛的實(shí)用性。最后，本文簡(jiǎn)要描述了以上兩個(gè)模型的優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)方向。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量扭矩補(bǔ)償能量百分比控制

3、方法一、問(wèn)題背景如今，汽車使用越來(lái)越廣泛。汽車制動(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。制動(dòng)器是關(guān)系到行車安全的關(guān)鍵設(shè)備，其質(zhì)量至關(guān)重要，完善的測(cè)試體系和測(cè)試設(shè)備更是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提，直接影響著人身和車輛的安全。為了檢測(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。但是，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)。本文將針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，對(duì)汽車控制器試驗(yàn)臺(tái)的控制方法進(jìn)行分析。二、問(wèn)題重述我們要對(duì)汽車控制器試驗(yàn)臺(tái)的控制方法進(jìn)行分析，就應(yīng)該了解測(cè)試模擬實(shí)驗(yàn)的方法與原則[3][4]。一方面，在道路上測(cè)試實(shí)際車輛制動(dòng)器的過(guò)程（稱為路試），方法為：車

4、輛在指定路面上加速到指定的速度；斷開發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出，讓車輛依慣性繼續(xù)運(yùn)動(dòng)；以恒定的力踏下制動(dòng)踏板，使車輛完全停止下來(lái)或車速降到某數(shù)值以下；在這一過(guò)程中，檢測(cè)制動(dòng)減速度等指標(biāo)。而且，為了檢測(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。另一方面，這種測(cè)試模擬試驗(yàn)的原則是試驗(yàn)臺(tái)上制動(dòng)器的制動(dòng)過(guò)程與路試車輛上制動(dòng)器的制動(dòng)過(guò)程盡可能一致。通常試驗(yàn)臺(tái)僅安裝、試驗(yàn)單輪制動(dòng)器，而不是同時(shí)試驗(yàn)全車所有車輪的制動(dòng)器。制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)一般由安裝了飛輪組的主軸、驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)、底座、施加制動(dòng)的輔助裝置以及測(cè)量和控制系統(tǒng)等組成。被試驗(yàn)的制動(dòng)器安裝在主軸的一端，當(dāng)制動(dòng)器工作時(shí)會(huì)使主軸減速。試驗(yàn)臺(tái)

5、工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)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)速后電動(dòng)機(jī)斷電同時(shí)施加制動(dòng)，當(dāng)滿足設(shè)定的結(jié)束條件時(shí)就稱為完成一次制動(dòng)。此外，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（忽略車輪自身轉(zhuǎn)動(dòng)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(以下轉(zhuǎn)動(dòng)慣量簡(jiǎn)稱為慣量)在本題中稱為等效的轉(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)于等效的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為45.7kg·m2的情況，就不能精確地用

6、機(jī)械慣量模擬試驗(yàn)。這個(gè)問(wèn)題的一種解決方法是：把機(jī)械慣量設(shè)定為40kg·m2，然后在制動(dòng)過(guò)程中，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，從而滿足模擬試驗(yàn)的原則。三、基本假設(shè)3.1基本假設(shè)通過(guò)對(duì)該問(wèn)題的分析，我們做出如下假設(shè)：1.假設(shè)路試時(shí)輪胎與地面的摩擦力為無(wú)窮大，輪胎與地面無(wú)滑動(dòng)，且摩擦力產(chǎn)生的扭矩忽略不計(jì)；2.假設(shè)試驗(yàn)臺(tái)采用的電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流與其產(chǎn)生的扭矩成正比（本題中比例系數(shù)取為1.5）；且試驗(yàn)臺(tái)工作時(shí)主軸的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速與瞬時(shí)扭矩是可觀測(cè)的離散量；3.假設(shè)車輪自身轉(zhuǎn)動(dòng)具有的能量不計(jì)；4.假設(shè)不考慮觀測(cè)誤差、隨機(jī)誤差和連續(xù)問(wèn)題離散化所產(chǎn)生的誤差

7、；5.假設(shè)車輛在路試的制動(dòng)過(guò)程中作勻減速運(yùn)動(dòng)；6.車輛路試和測(cè)試中的制動(dòng)扭矩相等且為常量；7.車輛在測(cè)試過(guò)程中，每一個(gè)小時(shí)間段內(nèi)角加速度是一個(gè)常量。四、符號(hào)說(shuō)明4.1符號(hào)說(shuō)明符號(hào)表示符號(hào)含義單位等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量車輛平動(dòng)時(shí)具有的能量（或等效功）車的載荷重力加速度，取值9.8車的載荷質(zhì)量表示車的行駛速度飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度車輪半徑鋼材密度第i個(gè)飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量第i個(gè)飛輪的外半徑第i個(gè)飛輪的質(zhì)量第i個(gè)飛輪的外半徑第i個(gè)飛輪的厚度，補(bǔ)償?shù)哪芰肯鄳?yīng)的慣量車輪的機(jī)械慣量驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生的扭矩制動(dòng)力產(chǎn)生的扭矩，車行駛初速度、末速度，