制動器試驗(yàn)臺控制方法設(shè)計(jì)和改進(jìn).doc

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1、制動器試驗(yàn)臺控制方法的設(shè)計(jì)與改進(jìn)摘要本文主要解決的問題是建立電動機(jī)驅(qū)動電流依賴于可觀測量的數(shù)學(xué)模型，分析與設(shè)計(jì)汽車制動器試驗(yàn)臺的計(jì)算機(jī)控制方法，并對采用不同的控制方法及其執(zhí)行的結(jié)果作出評價和進(jìn)行完善，從而優(yōu)化汽車的行車制動器的設(shè)計(jì)。首先采用制動器試驗(yàn)臺的系統(tǒng)動力學(xué)方程和相關(guān)物理量之間的等量關(guān)系，推導(dǎo)出驅(qū)動電流依賴于可觀測量（瞬時扭矩與/或瞬時轉(zhuǎn)速）的數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，利用連續(xù)時間變量的離散化思想，設(shè)計(jì)出由前一個時間段的可觀測量來控制本時段的電流值的計(jì)算機(jī)控制方法，由此討論和分析了此方法的優(yōu)劣，提出了兩個改進(jìn)的控制方法，

2、使原有的控制方法更加完善。同時，通過計(jì)算和分析能量誤差與電流值的穩(wěn)定性，對給定的某個控制方法執(zhí)行的結(jié)果進(jìn)行了科學(xué)、合理的評價。運(yùn)用物理學(xué)公式，分別計(jì)算出問題一、二中所要求的物理量：（1）等效的轉(zhuǎn)動慣量；（2）需要用電動機(jī)補(bǔ)償?shù)膽T量分別是，。在問題三中，建立了在連續(xù)時間變量下，驅(qū)動電流依賴于瞬時扭矩的數(shù)學(xué)模型。并通過假設(shè)，簡化了以上模型，在問題1、2和一定初始條件下，計(jì)算出兩種情形下的驅(qū)動電流值分別為174.96，-262.44（安）。在問題四中，將從兩個不同角度對用某種控制方法試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)給以了綜合評價，建立兩個評價指標(biāo)

3、：總的能量相對誤差和分隨時間段的能量誤差。從電流補(bǔ)償不足引起能量誤差的角度計(jì)算了總的能量相對誤差為5.43%。另外，對計(jì)算出的分時間段的能量誤差畫出了波動圖形，說明該控制方法存在一定的缺陷。對問題五，由問題三的導(dǎo)出的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)前一個時間段觀測到的瞬時扭矩，提出了設(shè)計(jì)本時間段電流值的計(jì)算機(jī)控制方法，并給予了定量和定性相結(jié)合的評價。針對問題五的不足，重新設(shè)計(jì)兩個較為完善的計(jì)算機(jī)控制方法。關(guān)鍵詞：驅(qū)動電流計(jì)算機(jī)控制方法能量誤差制動26一、問題的重述汽車的行車制動器的設(shè)計(jì)在車輛設(shè)計(jì)中是最為重要的環(huán)節(jié)之一。為了檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，

4、必須對其進(jìn)行相應(yīng)的測試。但是，在車輛的設(shè)計(jì)階段中，我們無法對車輛進(jìn)行路試，因此只能夠在專門的制動器試驗(yàn)臺上對路試進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。在模擬實(shí)驗(yàn)中，模擬汽車平動時車輪承受一定的載荷在制動過程中所具有的能量等效地轉(zhuǎn)化為試驗(yàn)臺上飛輪和主軸等機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動時具有的能量，即等效的轉(zhuǎn)動慣量。由于實(shí)際情況下往往不能用機(jī)械慣量準(zhǔn)確地模擬出等效的轉(zhuǎn)動慣量，即用不同的飛輪組去得到不同的機(jī)械慣量（飛輪組的慣量之和加上基礎(chǔ)慣量），因此，在設(shè)定一定的機(jī)械慣量后，讓電動機(jī)在一定規(guī)律的驅(qū)動電流控制下參與工作用以補(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

5、則。在試驗(yàn)臺的模擬中，需要解決共六個問題，歸納為以下問題：問題1.在給定的條件下求等效的轉(zhuǎn)動慣量；問題2.在給定的條件下求所有可能的機(jī)械慣量和電流補(bǔ)償?shù)膽T量；問題3.建立電動機(jī)驅(qū)動電流依賴于可觀測量的數(shù)學(xué)模型；問題4.分析某一特定條件下的采用某種控制方法進(jìn)行模擬試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，對該方法執(zhí)行的結(jié)果進(jìn)行評價；問題5.根據(jù)前面推導(dǎo)出的驅(qū)動電流的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)一個計(jì)算機(jī)控制方法，根據(jù)前一個時間段的可觀測量來控制本時段的電流值，并對此方法做出評價；問題6.進(jìn)一步完善電流值的計(jì)算機(jī)控制方法，并作出評價。二、模型的假設(shè)1、車輛在路試時，

6、假設(shè)制動過程為一個勻減速變化的過程，且輪胎與地面無相對滑動和摩擦；2、在整個制動過程中，試驗(yàn)臺施加的制動力矩是恒定不變的；3、制動過程初始時刻電流值為恒定常數(shù)；4、當(dāng)制動過程進(jìn)行到一定的時間，扭矩和驅(qū)動電流均趨于穩(wěn)定。5、為了實(shí)現(xiàn)完全的等效模擬，在分別有和無驅(qū)動電流的情況下，假設(shè)所需時間相等。6、每個小時間段內(nèi)的制動力矩和角速度是恒定的。三、符號的說明符號含義量綱物體運(yùn)動具有的能量焦耳（）轉(zhuǎn)動慣量千克·平方米（）制動力矩（假設(shè)為常數(shù)）牛頓·米()電流產(chǎn)生的扭矩牛頓·米()瞬時扭矩牛頓·米()角加速度弧度/平方秒（）26角速

7、度弧度/秒()n轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分鐘（rpm）機(jī)械慣量千克·平方米（）等效的轉(zhuǎn)動慣量千克·平方米（）路試時制動器消耗的能量焦耳（）試驗(yàn)臺制動器吸收能量焦耳（）路試時初末狀態(tài)的能量差焦耳（）試驗(yàn)臺制動初末狀態(tài)的能量差焦耳（）試驗(yàn)臺機(jī)械慣量對應(yīng)能量焦耳（）試驗(yàn)臺電流補(bǔ)償能量焦耳（），制動初、末時間秒（s）電動機(jī)工作效率四、問題的分析本文對以下6個問題進(jìn)行了分析：問題1當(dāng)給出指定車輪的半徑，以及在車輛制動時所承受的載荷，要我們求等效的轉(zhuǎn)動慣量。由題意，將指定車輪在制動時承受的載荷在車輛平動時具有的能量等效地轉(zhuǎn)化為試驗(yàn)臺上飛輪和主軸等機(jī)構(gòu)

8、所具有的能量，相對應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣量就是等效的轉(zhuǎn)動慣量。因此，只要利用車輪的轉(zhuǎn)動動能與載荷的平動動能相等的關(guān)系，就可以求得等效的轉(zhuǎn)動慣量。問題2根據(jù)機(jī)械慣量的定義，只需求出各個飛輪的慣量，就可根據(jù)不同的組合得出所要求的機(jī)械慣量。將飛輪看作圓筒，利用轉(zhuǎn)動慣量的定義，通過積分即可求出各飛輪的慣量，與基礎(chǔ)慣量結(jié)合，