数学建模论文-制动器试验台的控制方法分析

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1、制动器试验台的控制方法分析[摘要]用专门的制动器试验台，对所设计的路试进行模拟试验。为了使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，需要在机械惯量的基础上用电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。而一定规律的电流是用计算机控制的，计算机把整个制动时间离散化为许多小时间段，然后根据前面时间段观测到的瞬时转速与/或瞬时扭矩。设计出本时间段驱动电流的值，逐次进行，直至完成制动。我们通过对这种方法的执行结果回归分析、曲线拟合、参数估计得到电动机驱动电流与可观测量的模型为，但发现它有很多局限性。PID控制算法作为一

2、种传统的控制方法以其计算量小、实时性好、易于实现等特点广泛应用于过程控制。当建立起控制对象的精确数学模型时,PID控制器便可实现其作用,但是它存在着参数修改不方便、不能进行自整定等缺点。当系统存在着非线性、时变性等不确定性因素时PID控制效果将难以达到预期的目标。而模糊控制不依赖于工业对象模型,它是用语言变量来描述系统特征,并依据系统的动态信息和模糊控制规则进行推理以获得合适的控制量,因而具有较强的鲁棒性,但控精度却不太理想。针对问题5提出了一种利用模糊逻辑对PID控制器进行在线自调整的方法应用于制动器实验台的控制实现。利用模糊控制规则对PID参数进行修改

3、便构成了自适应模糊PID系统。实现了PID控制器参数自整定，完善了PID控制器的性能，提高了系统的控制精度。并把MATLAB中的FuzzyToolbox和Simulink结合起来，实现了该自适应模糊PID控制系统的仿真，仿真结果表明该控制器是一种性能优良的控制器。关键词：制动器转动惯量电惯量能量补偿模糊控制PID控制器MATLABSimulink仿真191.引言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

4、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。2．问题的提出惯量是制动器惯性台架试验中的重要试验参数，惯量模拟精度直接影响试验结果的准确度。最直接的惯量模

5、拟方法是机械模拟，即在主轴上安装惯性飞轮，使其惯量与车辆折算到轮边的惯量一致，通过电动机驱动旋转来模拟汽车行驶动能。但是，机械惯量必然存在级差，对试验过程中各种损耗引起的惯量误差不能有效补偿，难以满足新型台架的精度要求。题目中提出了一种解决方法是，把机械惯量设定为一个定值然后在制定过程中，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。由于一定规律的电流是通过计算机控制的，限于计算机控制本身的滞后性和控制过程中的惯性，形成了较大误差。3.关于问题1转动惯量的计算转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位

6、置，而同刚体绕轴的转动状态（如角速度的大小）无关。刚体对一轴的转动惯量，可折算成质量等于刚体质量的单个质点对该轴所形成的转动惯量。则转动惯量J=∑mi*ri^2，mi表示刚体的某个质点的质量，ri表示该质点到转轴的垂直距离。由题目假设可知，路试时轮胎与地面的摩擦力为无穷大，制动时所承受的载荷N即为重力G，又G=mg，则：m=N/g=635.714kg(g为重力加速度)其中m是汽车的质量。又转动惯量，则=51.9989kg.其中r为车辆单个前轮的滚动半径。4．关于问题2机械惯量和电机补偿惯量的计算假设3个飞轮分别为A、B、C，又该飞轮组为环形钢制飞轮，且密度

7、都相同，则：飞轮A的质量为：19M1==230.716kg飞轮B的质量为：M2==461.432kg飞轮C的质量为：M3==922.865kg其中M1、M2、M3分别为飞轮A、B、C的质量，为密度，、分别为环型飞轮的内、外半径，V1、V2分别为体积，、、分别为飞轮A、B、C的厚度。假设环型飞轮D为，则所以有飞轮A的惯量为：=29.99飞轮B的惯量为：=59.99飞轮C的惯量为：=119.97由已知可知，机械惯量的组合有8种情况：第一种情况机械惯量为：10第二种情况机械惯量为：J1+10=39.99第三种情况机械惯量为：J2+10=69.99第四种情况机械惯

8、量为：J3+10=129.97第五种情况机械惯量为：J1+J2+1