制动试验台的控制方法分析

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1、制动试验台的控制方法分析摘要:本文依据机械动力学原理，分析制动过程中能量的转换关系，设计出了计算机对某个时间段电流控制的方法，用以控制模拟试验台上的飞轮转动角速度，从而达到了模拟制动的目的。对于问题一，利用等效惯量与动能变化的关系，求解出等效惯量为51.9988。对于问题二，建立坐标，利用二重积分计算各个飞轮的转动惯量为30.0083，60.0166，120.0332，由此得出可以组成8个机械惯量。依据电机补偿能量的相应惯量的限制条件，求出补偿惯量。对于问题三，根据是否制动，分别建立了两个驱动电流只依赖瞬时转速的模型。对于问题四，分别计算路试的制动器与试验台制动器消耗的能量，得出试验

2、台对路试时的相对误差为5.8219%，该控制方法可行性高。对于问题五，t时刻的理论上的转速与其前一时刻观测到的转速的动能差就是驱动电流所做的功，得出电流关于时间的函数表达式，并以此对电流自动控制。对于问题六，把问题五的控制方法加以改进，考虑某个时间段的角加速度的变化，利用Z变换以及其平动的性质，最后施行Z的逆变换，递推下一个角加速度关于时间的响应函数，得出了改进后的电流关于时间的函数表达式。关键词：动能变化二重积分瞬时转速Z变换Z的逆变换一﹑问题的重述汽车的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。为了检验设计的优劣，必须进行相应的测试。在道路上测试实际车辆制动器的过

3、程称为路试，其方法为：车辆在指定路面上加速到指定的速度；断开发动机的输出，让车辆依惯性继续运动；以恒定的力踏下制动踏板，使车辆完全停止下来或车速降到某数值以下；在这一过程中，检测制动减速度等指标。假设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。为了检测制动器的综合性能，需要在各种不同情况下进行大量路试。但是，车辆设计阶段无法路试，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。模拟试验的原则是试验台上制动器的制动过程与路试车辆上制动器的制动过程尽可能一致。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。制动器试验台一般由安装了飞轮组的主轴、驱动

4、主轴旋转的电动机、底座、施加制动的辅助装置以及测量和控制系统等组成。被试验的制动器安装在主轴的一端，当制动器工作时会使主轴减速。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。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。由于制动器性能的复杂性，电动机驱动电流与时间之间的精确关系是很难得到的。工程实际中常用的计算机控制方法是：把整个制动时间离散化为许多小的时间段，比如10ms为一

5、段，然后根据前面时间段观测到的瞬时转速与/或瞬时扭矩，设计出本时段驱动电流的值，这个过程逐次进行，直至完成制动。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。需要解决的问题有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10k

6、g·m2，问可以组成哪些机械惯量？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型。在问题1和问题2的条件下，假设制动减速度为常数，初始速度为50km/h，制动5.0秒后车速为零，计算驱动电流。4.对于与所设计的路试等效的转动惯量为48kg·m2，机械惯量为35kg·m2，主轴初转速为514转/分钟，末转速为257转/分钟，时间步长为10ms的情况，用某种控制方法试验得到的数据见附表。请对该方法执行的结果进行评价。5.按照第3问导出的数学模型，给出根据前一个时

7、间段观测到的瞬时转速与/或瞬时扭矩，设计本时间段电流值的计算机控制方法，并对该方法进行评价。6.第5问给出的控制方法是否有不足之处？如果有，请重新设计一个尽量完善的计算机控制方法，并作评价。二﹑模型假设1.飞轮组及车轮的质量分布均匀，形状规则。2.整个试验过程中电机正常工作，忽略因电流产热而损失的能量。3.自动控制系统在克服误差的调节过程中不会出现振荡甚至失稳。4.路试时轮胎与地面的摩擦力为无穷大，轮胎与地面无滑动。5.制动时，在很小时间范围内，车辆的速度