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控制器试验台 的控制方法分析 计算062 060901047 王 璐 指导教师：徐洪香 论文的主要内容 问题的提出 建模前的准备 模型的建立与求解 模型的评价 结 论 一、问题的提出 1.问题的提出 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。 为分析控制器试验台的控制方法，提出以下六个问题 二、建模前的准备 模型的假设 （1）将试验台上的安装了飞轮组的主轴系统看做刚体来分析。 （2）假设试验时系统产生的热能对试验系统的运行没有影响。 （3）假设模拟试验中主轴的角速度与车轮的角速度始终一致。 （4）实际路试中轮胎与地面的接触点看做质点来处理 （5）在车辆制动的瞬间只考虑车的平动，忽略其自身转动，且平动动能全部转化为转动动能。 （6）假设汽车在制动过程中只受到制动器的阻力，其它力不计。 名词解释 转动惯量：刚体绕轴转动时，惯性的度量。 等效的转动惯量：将载荷在车辆平动时具有的能量等效的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称为等效的转动惯量。 基础惯量：试验台上的主轴等不可拆卸机构的惯量。 机械惯量：飞轮惯量与基础惯量之和。 符号说明 ：汽车的动能 ：滚动半径 ：等效转动惯量 ：机械惯量 ：电动机补偿的惯量 ：主轴的角加速度 ：主轴瞬时扭矩 ：电动机的驱动电流 ：试验台上制动器消耗的能量 ：路试时制动器消耗的能量 三、模型的建立与求解 1.问题一等效转动惯量求解 （1）问题分析 题中告知我们车辆平动时具有的能量等效转化为试验台上各机构转动时具有的能量，因此从能量方面考虑，并依据物理力学知识对等效转动惯量进行求解。 （2）模型建立与求解 汽车的动能 带入 得 （1-1） 2.问题二机械惯量的组合及补偿惯量的求解 （1）问题分析 根据已知条件计算出三种飞轮各自的转动惯量，然后进行三个飞轮的惯量组合便可以得到不同的机械惯量值。结合发动机能够提供的惯量的变化范围，即可确定出需要用电动机补偿的惯量的大小。 （2）模型建立与求解 单个飞轮示意图 3.问题三建立驱动电流模型 （1）问题分析 在问题一、问题二的条件下，结合刚体定轴转动定律及各个惯量之间存在的关系，建立驱动电流依赖于可观测量瞬时转速与瞬时扭矩的模型，并根据模型求解。 （2）模型建立与求解 由刚体定轴转动定律得： 飞轮的角速度与角加速度的关系为： 4.问题四的控制方法评价 （1）问题分析 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，即通过所设计的路试时的制动器与相对应的试验台上制动器在制动过程中消耗的能量误差大小，来评价试验台上制动过程是否有效模拟了路试车辆上制动器的制动过程。 （2）建立模型 将时间离散化：把整个刹车过程等分为 个时间段，记 ， 为时间步长，第 个时间段为 。 5.问题五设计计算机控制方法 6.计算机控制方法的完善 （1）问题分析 第五问中所设计的方法存在一个天然的缺陷，下一个点的值只能由前一时刻的值推出，而与更早的值无关。这样显然过于片面，很可能不能刻画出函数应用的趋势。基于这一点，引入PID控制器的控制方法。 （2）建立模型 模拟PID控制器的控制式为 （6-1） * * （1）求解等效转动惯量。 （2）机械惯量的组合及电动机补偿惯量的求解。 （3）建立驱动电流依赖于可观测量的数学模型。 （4）对所给控制方法执行结果进行评价。 （5）根据前一个时间段观测量，设计本时间段电流值的计算机控制方法。 （6）针对第五问