制动器试验台的控制方法分析 数学建模论文

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1、制动器试验台的控制方法分析摘要本文探究了制动器试验台控制方法等一系列问题，运用能量守恒、神经网络等方法对题中问题进行相应的详尽解答和误差分析。问题一，根据单个车轮制动时所受的载荷，运用能量守恒定理，求解出车轮的等效转动惯量为。问题二，首先运用积分求和得到飞轮的等效惯量；然后依据随机组合原则，得出8种机械惯量（见表1-1）；最后求出在满足惯量补偿范围下，需要电动机补偿的惯量大小分别为：、。问题三，首先建立微分方程模型，求出电动机扭矩，得到电流依赖于可观测量的模型；然后运用惯量模拟的能量补偿法，对模型进行改进，得到能量补偿

2、的差分方程模型，求解出驱动电流为。问题四，首先运用软件对附件中的数据进行分析处理，可以发现执行结果的合理性，然后运用能量守恒的思想，求出此时的能量误差，得出整体结果是比较合理的。问题五，根据问题三的数学模型，运用微分理论思想，建立了电流反馈模型，设计出一种比较合理的计算机控制方法，最后建立了能量误差评判模型对该控制方法进行评价。问题六，根据传统控制思想，建立了神经网络自适应控制器的仿真计算机控制模型，并进行了阶跃响应曲线分析，对控制方法做出合理的评价。关键词：等效转动惯量微分方程反馈传递单神经元自适应控制23一、问题的

3、提出进入21世纪以来，我国的交通事业迅速发展，一方面积极促进了经济的发展，另一方面又带来了交通事故逐年上升的负面影响。道路交通事故的引发因素是多方面的，其中的车辆制动系问题就是一个比较典型的原因。汽车的制动性直接关系到交通安全,重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关，故汽车的制动性是汽车安全行驶的重要保障。而制动器是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全部件，其性能对行车安全至关重要。进行制动器试验,检测其装配质量，评价它的综合性能，更为重要。制动器试验台是测定和分析制动

4、器性能和质量的试验装置。在汽车制动器台架试验中，应尽量使被测制动器总成的工作状况与汽车制动器总成的实际工作状况相同。汽车行驶时，汽车的动能包含汽车平移质量运动的动能和旋转部件旋转时所贮藏的动能两部分，且旋转动能可以通过转换系数转换为平移动能。制动器试验台采用旋转的惯性飞轮模拟加载汽车的上述两部分动能。飞轮是一种贮藏能量的机械部件，它在角速度上升时吸收能量，在角速度下降时释放能量，因此它可以用来模拟制动器负载。试验台上的主轴等不可拆卸机构的惯量称为基础惯量。飞轮组由若干个飞轮组成，使用时根据需要选择几个飞轮固定到主轴上，

5、这些飞轮的惯量之和再加上基础惯量称为机械惯量。由于在实验台测试过程中，对飞轮的工艺要求比较高，故单个飞轮的转动惯量只能是固定值，所以等效转动惯量与机械惯量之间总是存在着级差。这时就需要在最接近等效转动惯量的机械惯量基础上，让电动机提供一个补偿惯量。即在制动过程中，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。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1.5）；且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。合理的利用制动器实验

6、台的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，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。根据制动器试验台的结构、工作原理及其它相关知识，解决以下问题：1.设车辆单个前轮的滚动半径为0.286，制动时承受的载荷为6230，求等效的转动惯量。2.计算一组给定条件的飞轮组可以组成的机械惯量。设电动机能补偿的能量相应的惯量的范围为[-30,30]，计算对于前面得

7、到的等效的转动惯量所需要的电动机补偿惯量。3.建立电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型，并计算出给定条件下的驱动电流。4.已知用某种控制方法试验得到了一组数据（见附表）。请对该方法执行的结果进行评价。235.根据第3问导出的数学模型，设计出一种根据前一个时间段观测到的瞬时转速与/或瞬时扭矩决定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.指出前面所设计的控制方法的不足之处，并加以改进，作出评价。二、基本假设1.假设路试时轮胎与地面的摩擦力为无穷大，轮胎与地面无滑动；2.假设试验台上制动器的制动过程与路试车辆

8、上制动器的制动过程几乎一致；3.假设试验台上主轴的角速度与车轮的角速度始终一致；4.忽略车轮自身转动所具有的能量；5.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；6.假设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.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；8.假设制动器工作时的制动力恒定；9.重