数学建模论文-制动器试验台控制方法分析.pdfVIP

制动器试验台的控制方法分析 制动器试验台的控制方法分析 制制动动器器试试验验台台的的控控制制方方法法分分析析 摘要 摘要 摘摘要要 本文主要以物理学能量守恒定律为理论基础，在仔细分析问题的条件和要求的 基础上，分别建立了代数方程模型以及非线性数学模型。同时，通过对非线性数学 模型控制方法的分析，重新采用了模糊PID控制器设计，实现了电动机驱动电流的 快速算法和高精度伺服控制。 针对问题(1)，利用物理学中钢体动力学知识，通过公式推导建立了一个较为简 单的代数方程模型，并在所给条件下精确计算出了等效转动惯量值。 针对问题(2)，考虑到飞轮厚度不能忽略，可将飞轮看作环形圆盘，运用割补法 建立飞轮转动惯量的代数方程模型，利用MATLAB软件中的switch−case控制结构指 令编程得到飞轮组可组成的机械惯量，并结合问题(1)中求得的等效转动惯量来计算 出所需要补偿的惯量。 针对问题(3)，从能量角度入手，依据能量守恒定律建立了非线性数学模型，具 体刻划出了电动机驱动电流与瞬时转速的动态联系。并在问题(1)和问题(2)的条件下， 计算出电动机的驱动电流值。 针对问题(4)，根据问题所给试验数据，利用MATLAB软件分别作出了时间、瞬 时转速和瞬时扭矩相互间的关系图。首先通过观察，对问题进行了粗略分析，然后 又从能量误差角度运用曲线拟合对问题进行准确分析，得到能量绝对误差与相对误 差，分析表明问题所给方法能实现控制但精确度不高。 针对问题(5)，基于问题(3)的分析，依据能量守恒定律给出电动机驱动电流依赖 于可观测量瞬时扭矩的非线性数学模型，并依据制动器实际转动惯量与等效转动惯 量的差值符号来调节实现计算机对电动机驱动电流的控制。 针对问题(6)，考虑到问题(5)控制方法精确度不高的缺陷，重新设计了闭环结构 模糊PID控制，实现了驱动电流的快速算法和伺服控制。该控制器具有模糊控制灵 活、响应快的优点，具有较高的控制精度、较强的适应性和Robust性，可有效克服 伺服系统非线性等不确定因素对系统的影响。 最后，我们对所建模型和控制方法进行了客观评价。 关键词： PID 关键词： 关关键键词词：： 制动器试验台 驱动电流 能量守恒定律 模糊 控制 1 1 问题重述 1 问题重述 11 问问题题重重述述 汽车的制动器联接在车轮上，它的作用是在行驶时使车辆减速或者停止。为了 检验制动器设计的优劣，必须进行相应的测试。在道路上测试实际车辆制动器的过 程称为路试，其方法为：车辆在指定路面上加速到指定的速度；断开发动机的输出， 让车辆依惯性继续运动；以恒定的力踏下制动踏板，使车辆完全停止下来或车速降 到某数值以下；在这一过程中，检测制动减速度等指标。 为了检测制动器的综合性能，我们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。 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 惯量在本题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