文档介绍：制动器试验台的控制方法分析
摘要:
本文对A试题进行了分析和研究,并通过建立五个模型,在可行性分析基础上进行了求解。
模型一:为了解决车轮的等效的转动惯量的问题,设计出一个简单的模型,车轮制动时的力学模型把荷载转化为质量,载荷在车辆平动时具有的能量(忽略车轮自身转动具有的能量)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,得出了车轮的等效转动惯量J=。
模型二:基于材料力学的三个基本假设,车轮材料是均匀的,采用微元分析的方式很简单的用微积分求得了飞轮的转动惯量,根据不同的基础惯量和飞轮惯量的关系式,得到八种机械惯量,挑选出合适的机械惯量以及他们相对应的补偿能量。
模型三:电动机驱动电流观测模型包含两个子模型,一个是由机械力学模型建立出力矩平衡方程,在混合模拟惯性台架中,电惯量应提供的能量为制动能量与飞轮储存能量的差值。由t时刻角速度与初速度之间的关系及与n之间的关系以及题中给出假设的假设,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k= A/N·m),假设驱动电流,由以上可得,。第二个子模型利用差分原理,把整个实验时间分割成为很多小微段,假设在每一个小的微段中,利用匀减速运动公式进行了计算。
模型四:基于观测值的SPSS分析曲线,对于某种控制方法得出的数据,我们用SPSS分析曲线得出拟合值,根据题目中给出的评价方法,利用微段的能量计算以及微段的累加,得出制动机实验上的能量消耗。根据能量守恒定律,可以算出路试时消耗的能量。%。用此比能量误差评价控制方法的优劣。
模型五:运用灰色GM(1,1)法,三次指数平滑法对控制计算机方法优化,并用了具体统计数据和各类因素权重进行验算,证明了其控制方法具有可行性。
在模型一中,我们根据大学物理的知识,利用最简单的力学模型,得出等效惯量。模型二中,利用微积分模型,以及材料力学里面的基本假设来推算出转动惯量,利用驱动电动机调整范围以及数学中的基本组合模型,推算出来两组有可能的组合情况。对模型三,我们提出了两种不同的数学模型,子模型一是基于整体过程的考虑,在整个过程中利用动能定理列出基本的方式,由其他的辅助公式得出结果;子模型二是从微分的角度考虑,利用类似于有限元的思想,将一个物体或系统被分解为由多个相互联结的、简单、独立的点组成的几何模型。模型四是运用MATLAB与SPSS,对观测值进行统计分析,计算出拟合度。模型五是更加复杂的灰度预测与三次指数平滑法组合模型。
关键词:制动器试验台转动惯量飞轮组合模型
(一)问题的重述
汽车的行车制动器(以下简称制动器)联接在车轮上,它的作用是在行驶时使车辆减速或者停止。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,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器的制动过程尽可能一致。但是由于机械惯量无法精确,我们建立依赖于可观测量的电动机驱动电流的数学模型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惯量,从而满足模拟试验的原则。
最后,根据我们建模分析的结果,提出一个尽可能完善的计算机控制方法。
图1 机械惯性式制动器试验系统结构图
模型的基本假设
,因此轮胎与地面无滑动。
2. 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( A/N·m);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。
3. 本题中的能量误差是指所设计的路试时的制动器与相对应的实验台上制动器在制动过程中消耗的能量之差。
通常不考虑观测误差、随机误差和连续问题离散化所产生的误差。
三、符号的约定
—————等效转动惯量
—————表示第个飞轮的转动惯量
—————第个飞轮的质量
—————第个飞轮的体积
—————第个飞轮的厚度
——————系统的固有惯量(也称机械惯量)
——————飞轮惯量
——————制动扭矩
———————电动机扭矩
———————瞬时扭矩
————————驱动电流
———————电惯量应提供的能量
———————不均匀系数
———————制动初始速
———————制动