A20004098中南大学申少华谭巨良谢燕生

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1、制动器试验台的控制方法分析摘要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。本文就制动器的有关问题进行研究。先通过能量关系导出等效的转动惯量的计算公式。求出计算电动机的补偿惯量的一般方法，若轮的半径为0.286m，承受载荷为6230N，则其转动惯量为51.9989。计算出n个飞轮可组成的机械惯量数为。再推导出电动机驱动电流依赖于瞬时转速等可观察量的数学模型，针对这种方法的不足，再用积分法导出另外一个数学模型。然后，采用了能量误差、制动能力矩稳定性、角速度变化率、等效惯量和实际惯量的误差大小、实际惯量的波动情况等评价指标，进行计算机控制电流

2、方法的定量分析。求得能量相对误差为5.43%，综合各个指标分析知，数据结果控制相对平稳。分别根据转速、转速和电流、转速电流和力矩建立了计算机控制电流的三个模型。分析这三个模型，发现利用扭矩控制电流的模型会使数据误差扩张，而利用转速则不会。为解决上述模型误差扩张的问题，以电动机做功应该等于能量补偿为约束条件，以最小化系统速度曲线和理想速度曲线的偏差为目标，建立优化模型，目标函数为，约束为。将模型离散化就能近似的求解出模型，得到本阶段电流的值。最后，用MATLAB中的simulink工具箱进行双闭环调速系统应用于制动器试验台中的仿真，仿真设定了有扰动的制动力矩的输入

3、，从而能够检测上文中提到的四种计算机控制电流的模型。27一问题重述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。为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。路试车辆的指定车轮在制动时承受载荷。将这个载荷在车辆平动时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，与此能量相应的转动惯量在本文中称为等效的转动惯量。试验台上的主轴等不可拆卸机构的转动惯量称为基础惯量。飞轮组由若干个飞轮组成，使用时根

4、据需要选择几个飞轮固定到主轴上，这些飞轮的惯量之和再加上基础惯量称为机械惯量。但对于与机械惯量不相等的等效的转动惯量，就不能精确地用机械惯量模拟试验。要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，从而使试验台上制动器的制动过程更符合实际情况。现要求解答以下问题：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

5、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数据。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，给出根据前一个时间段

6、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。二问题分析汽车制动器的作用是在行驶时使车辆减速或者停止。本题的背景是汽车制动器的测试，我们可以1）通过汽车实际车试的能量与实验台的能量相等求出等效转动惯量。2）可以使用物理方法推导求出飞轮的转动惯量，通过基础惯量与飞轮惯量的组合可以求出机械惯量的组合值，再根据问题1的数据求出电动机的补偿惯量值。通过各个时刻扭矩与惯性矩和电动机扭矩的关系可以求出电动机的扭矩，再根据扭矩与电流的比列

7、关系，可以求出相应的电流值。3）从能量消耗和实际惯性与等效惯性的比较等个不同的指标对数据进行评价和分析。274）根据问题三的模型和当前时间段的数据，可以设计下阶段的电流使得下阶段的实际惯性与等效惯性相等，从而使得该实验台制动器能真实模拟车试的制动。5）问题六考虑电动机的机械特性建模，并通过Matlab中的Simulink仿真。三基本假设1）忽略由于空气和轴承等摩擦阻力所造成的能量损失。2）忽略车轮由于自身的转动而所具有的能量。3）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。4）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。4）不考虑观测误

8、差、随机误差和连续问题离