基于制动器试台的转速—电流离散控制模型.docVIP

基于制动器试验台的控制2009-09-14 摘要 本文分析了用制动器试验台模拟路试的过程，强调了在实验台上用补偿转动惯量的必要性和可行性。提出了可通过控制制动电机驱动电流大小的方法，来达到参数补偿的目的，使得在实验台上的进行模拟实验能够比较准确地再现路试的部分重要结果。并建立了基于计算机控制的“转速—电流”离散化数学模型。最后给出了评价控制方法优劣的指标，还就控制方法的可靠性，对数学控制模型进行改进。主要结论分为如下六个方面： 一、忽略车轮自身转动所具有能量的同时，根据惯量等效原理求得载荷车辆的等效转动惯量为. 二、通过给定的飞轮组的直径、厚度、刚体的密度和基础惯量来分析飞轮刚体的机械惯量，并给定补偿能量的相应惯量范围确定补偿惯量。根据给定的飞轮组参数确定可以组成的八组不同的机械惯量；选用的飞轮，补偿惯量为. 三、通过分析得出按规律改变驱动电流的输入，补偿由于制动器试验台机 械惯量不足的能量。鉴于制动器性能的复杂性，驱动电流与时间的关系很难精确 得到，考虑到瞬时转速与瞬时扭矩的可观测性，我们依据观测的结果拟合扭矩与 转速的函数模型，通过驱动电流与扭矩的正比例关系建立驱动电流与转速之间的函数模型，转速时刻观测的离散量，因而根据观测到的转速通过函数关系确立电机的输入驱动电流模型（见式（10））。并在问题一和问题二的条件下，求得驱动电流. 四、对于具体的制动过程中的观测数据，用 MATLAB 拟合出扭矩与转速、扭矩与时间、转速与时间的函数关系，并用能量误差的标准评价了该控制方法是精度不高的（相对误差大约为）。 五、将问题三建立的模型转化为分段离散化形式，利用前一时间段测得的瞬时转速和扭矩确定了本时间段的补偿控制电流（见式（14））。 六、就控制的稳定性、准确度及能耗等指标对所建的连续及离散化模型进行了客观评价，针对不足之处重新设计了控制方法，着重从控制方法的有效性、准确性、快速性、稳定性等方面改进（见式（15））。 。 关键词：制动器 惯量 扭矩 能量 补偿 驱动电流 数学模型 问题的提出 1-花键轴 2-制动弹簧 3-顶压套 4-主动顶 5-从动顶 6-制动环 7-摩擦片 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。为了检验制动器设计的优劣，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。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，只能在专门的制动器试验台上进行模拟试验。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。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。路试车辆指定车轮在制动时承受载荷。将这个载荷在车辆平动时的能量等效地转化为试验台上飞轮等机构转动时的能量，的转动惯量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。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，。 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 A/N·m）；且试验台工作时主轴瞬时转速与瞬时扭矩是可观测的离散量。 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，设计出段驱动电流的值，这个过程逐次进行，直至完成制动。 控制方法优劣能量误差的大小，能量误差1. 设车辆单个前轮的滚动半径为0.286 m，制动时承受的载荷为6230 N，求等效的转动惯量2. 飞轮组由3个外直径1 m、内直径0.2 m的环形钢制飞轮组成，厚度分别为0.0392 m、0.0784 m、0.1568 m，钢材密度为7810 kg/m3，基础惯量为10 kg·m2，问可以组成哪些机械惯量设电动机惯量的范围为 [-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的条件制动减速度为常数，初始速度为50 km/h，制动5后车速为零，计算驱动电流 4. 对于等效的惯量为48 kg·m2，机械惯量为35 kg