制动器试验台控制方法的设计与改进

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1、制动器试验台控制方法的设计与改进摘要本文主要解决的问题是建立电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型，分析与设计汽车制动器试验台的计算机控制方法，并对采用不同的控制方法及其执行的结果作出评价和进行完善，从而优化汽车的行车制动器的设计。首先采用制动器试验台的系统动力学方程和相关物理量之间的等量关系，推导出驱动电流依赖于可观测量（瞬时扭矩与/或瞬时转速）的数学模型。在此基础上，利用连续时间变量的离散化思想，设计出由前一个时间段的可观测量来控制本时段的电流值的计算机控制方法，由此讨论和分析了此方法的优劣，提出了两个改进的控制方法

2、，使原有的控制方法更加完善。同时，通过计算和分析能量误差与电流值的稳定性，对给定的某个控制方法执行的结果进行了科学、合理的评价。运用物理学公式，分别计算出问题一、二中所要求的物理量：（1）等效的转动惯量；（2）需要用电动机补偿的惯量分别是，。在问题三中，建立了在连续时间变量下，驱动电流依赖于瞬时扭矩的数学模型。并通过假设，简化了以上模型，在问题1、2和一定初始条件下，计算出两种情形下的驱动电流值分别为174.96，-262.44（安）。在问题四中，将从两个不同角度对用某种控制方法试验得到的数据给以了综合评价，建立两个评价

3、指标：总的能量相对误差和分随时间段的能量误差。从电流补偿不足引起能量误差的角度计算了总的能量相对误差为5.43%。另外，对计算出的分时间段的能量误差画出了波动图形，说明该控制方法存在一定的缺陷。对问题五，由问题三的导出的数学模型，根据前一个时间段观测到的瞬时扭矩，提出了设计本时间段电流值的计算机控制方法，并给予了定量和定性相结合的评价。针对问题五的不足，重新设计两个较为完善的计算机控制方法。关键词：驱动电流计算机控制方法能量误差制动26一、问题的重述汽车的行车制动器的设计在车辆设计中是最为重要的环节之一。为了检验其设计的

4、优劣，必须对其进行相应的测试。但是，在车辆的设计阶段中，我们无法对车辆进行路试，因此只能够在专门的制动器试验台上对路试进行模拟实验。在模拟实验中，模拟汽车平动时车轮承受一定的载荷在制动过程中所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的能量，即等效的转动惯量。由于实际情况下往往不能用机械惯量准确地模拟出等效的转动惯量，即用不同的飞轮组去得到不同的机械惯量（飞轮组的惯量之和加上基础惯量），因此，在设定一定的机械惯量后，让电动机在一定规律的驱动电流控制下参与工作用以补偿由于机械惯量不足而缺少的能量，从而满足模拟

5、试验的原则。在试验台的模拟中，需要解决共六个问题，归纳为以下问题：问题1.在给定的条件下求等效的转动惯量；问题2.在给定的条件下求所有可能的机械惯量和电流补偿的惯量；问题3.建立电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型；问题4.分析某一特定条件下的采用某种控制方法进行模拟试验得到的数据，对该方法执行的结果进行评价；问题5.根据前面推导出的驱动电流的数学模型，设计一个计算机控制方法，根据前一个时间段的可观测量来控制本时段的电流值，并对此方法做出评价；问题6.进一步完善电流值的计算机控制方法，并作出评价。二、模型的假设1、车辆

6、在路试时，假设制动过程为一个匀减速变化的过程，且轮胎与地面无相对滑动和摩擦；2、在整个制动过程中，试验台施加的制动力矩是恒定不变的；3、制动过程初始时刻电流值为恒定常数；4、当制动过程进行到一定的时间，扭矩和驱动电流均趋于稳定。5、为了实现完全的等效模拟，在分别有和无驱动电流的情况下，假设所需时间相等。6、每个小时间段内的制动力矩和角速度是恒定的。三、符号的说明符号含义量纲物体运动具有的能量焦耳（）转动惯量千克·平方米（）制动力矩（假设为常数）牛顿·米()电流产生的扭矩牛顿·米()瞬时扭矩牛顿·米()角加速度弧度/平方秒

7、（）26角速度弧度/秒()n转速转/分钟（rpm）机械惯量千克·平方米（）等效的转动惯量千克·平方米（）路试时制动器消耗的能量焦耳（）试验台制动器吸收能量焦耳（）路试时初末状态的能量差焦耳（）试验台制动初末状态的能量差焦耳（）试验台机械惯量对应能量焦耳（）试验台电流补偿能量焦耳（），制动初、末时间秒（s）电动机工作效率四、问题的分析本文对以下6个问题进行了分析：问题1当给出指定车轮的半径，以及在车辆制动时所承受的载荷，要我们求等效的转动惯量。由题意，将指定车轮在制动时承受的载荷在车辆平动时具有的能量等效地转化为试验台上飞

8、轮和主轴等机构所具有的能量，相对应的转动惯量就是等效的转动惯量。因此，只要利用车轮的转动动能与载荷的平动动能相等的关系，就可以求得等效的转动惯量。问题2根据机械惯量的定义，只需求出各个飞轮的惯量，就可根据不同的组合得出所要求的机械惯量。将飞轮看作圆筒，利用转动惯量的定义，通过积分即可求出各飞轮的惯量，与基础惯量结合，