A20004094中南大学尹俊杰罗丽平欧星

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1、制动器试验台的控制方法分析摘要本文通过查阅制动器试验台的控制方法的相关资料，对制动器试验台制动过程进行了定量和定性的分析，建立了相关的数学模型。对于问题一，已知滚动半径和制动载荷的前提下，运用车辆平动动能转化为飞轮转动动能的原理，建立能量等效模型，求解出等效的转动惯量为51.99kg·m2。并对问题进一步改进，在减少已知量的前提下对模型进行优化。对于问题二，首先根据质量公式求解出三个不同飞轮的质量，并对各个飞轮的圆筒形转轴质量和半径进行积分，得到单个的转动惯量，分别为29.99、59.98和119.96（kg·m2）。并运用排列组合的方法得

2、到8种不同的机械惯量的组合，并依据问题1中得到的等效的转动惯量，在给定范围内求解出电动机补偿的惯量值为12和-18（kg·m2）。对于问题三，在试验台的制动过程中，必须考虑双流制的电流补偿效应，并以此确立电动机驱动电流与瞬时速率和瞬时扭矩等可观测量的之间关系，建立转矩控制电模拟微分方程模型，在前两问和已有的数据的基础上，求解出驱动电流在不同补偿电流的情况下，分别为174.83A，262.23A。对于问题四，首先针对附录表一的数据，对制动过程能量转换进行分析，实验台所需制动能量包含飞轮储存的动能和电动机在制动过程中补偿的能量。并运用能量公式E

3、=求解出转化能量，并建立以能量误差的大小为重要指标的能量评价控制模型，衡量方法模型的优劣。运用MATLAB7.0软件，对误差进行统计分析，得到经过校核的平均能量误差率为5.12%。对于问题五，针对第3问导出的数学模型，根据前个时间段得到的观测量，采用数值逼近的方法，用差商代替差分，做近似变换，进而得到计算机PID控制模型，在制动过程中使驱动电流逐步达到理论值，从而使误差逐步减小，达到较为理想的状态，并最终实现驱动电流的动态的优化。对于问题六，因为PID控制模型不适用于有较大滞后的，参数变化较大的控制方法，所以要建立精确、抗干扰的预测模型。广

4、义预测模型采用滚动优化和在线校正的方法建模，并运用MATLAB7.0进行计算机仿真实验研究，对模型参数的变化有较强的鲁棒性，能够很好的建立驱动电流和瞬时值的反馈机制，使能量误差达到最小，制动过程接近于稳定，是一个比较完善的计算机控制方法。关键词：制动过程转动惯量驱动电流能量评价控制模型PID模型逐步逼近广义预测控制模型。36一、问题重述1、1问题的背景汽车的行车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

5、际车辆制动器的过程称为路试；但由于实际情况限制，只能在专门的制动器试验台上对所设计的路试进行模拟试验。试验台工作时，电动机拖动主轴和飞轮旋转，达到与设定的车速相当的转速(模拟实验中，可认为主轴的角速度与车轮的角速度始终一致)后电动机断电同时施加制动，当满足设定的结束条件时就称为完成一次制动。1、2已知信息1)路试时轮胎与地面的摩擦力为无穷大，因此轮胎与地面无滑动。2)通常试验台仅安装、试验单轮制动器，而不是同时试验全车所有车轮的制动器。3)载荷在车辆平动时具有的能量（忽略车轮自身转动具有的能量）等效地转化为试验台上飞轮和主轴等机构转动时具有

6、的能量。4)不同飞轮的转动惯量之和再加上基础惯量称为机械惯量，例如，假设有4个飞轮，其单个惯量分别是：10、20、40、80kg·m2，基础惯量为10kg·m2，则可以组成10，20，30，…，160kg·m2的16种数值的机械惯量。通常在制动过程中，让电动机在一定规律的电流控制下参与工作，补偿由于机械惯量不足而缺少的能量，从而满足模拟试验的原则。5)一般假设试验台采用的电动机的驱动电流与其产生的扭矩成正比（本题中比例系数取为1.5A/N·m）6)试验台工作时主轴的瞬时转速与瞬时扭矩是可观测的离散量。7)工程实际中常用的计算机控制方法是：把

7、整个制动时间离散化为许多小的时间段8)评价控制方法优劣的一个重要数量指标是能量误差的大小，本题中的能量误差是指所设计的路试时的制动器与相对应的实验台上制动器在制动过程中消耗的能量之差。通常不考虑观测误差、随机误差和连续问题离散化所产生的误差。1、3待解决的问题1)设车辆单个前轮的滚动半径为0.286m，制动时承受的载荷为6230N，求等效的转动惯量。2)飞轮组由3个外直径1m、内直径0.2m的环形钢制飞轮组成，厚度分别为0.0392m、0.0784m、0.1568m，钢材密度为7810kg/m3，基础惯量为10kg•m2，问可以组成哪些机械

8、惯量？设电动机能补偿的能量相应的惯量的范围为[-30,30]kg•m2，对于问题1中得到的等效的转动惯量，需要用电动机补偿多大的惯量？3)建立电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模