文档介绍：制动器试验台的控制方法分析
摘要
本文我们利用材料力学中惯量、车轮的半径和所受力(即载荷)的关系求出等效转动惯量是52 kg·m2,和组成的机械惯量有8种,分别是10 kg·m2,40 kg·m2,70 kg·m2,100 kg·m2,130 kg·m2,160 kg·m2,190 kg·m2,220 kg·m2。根据电动机能补偿的能量相应的惯量的范围,我们求出需要用电动机补偿的惯量为12 kg·m2和18 kg·m2。
对于问题三,我们依赖于可观测惯量瞬时转速建立了电动机驱动电流的数学模型:,。
、,其平均能量差为-,%,比较合理。
对于问题五,我们在问题三的基础上,令常量减速度假设以t为变量的函数,利用MATLAB软件设计了根据前一个时间段观测到的瞬时转速给定信号来实现控制。其误差量较大,我们在问题六中建立了电惯量系统模型,可以利用电流量来达到计算机控制的目标。
关键词:材料力学、动能定理、能量守恒定理、
1、问题重述与提出
、问题重述:
制动器就是刹车。是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。俗称刹车闸。制动器主要由制动架、制动件和操纵装置等组成。有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。为了减小制动力矩和结构尺寸,制动器通常装在设备的高速轴上,但对安全性要求较高的大型设备(如矿井提升机、电梯等)则应装在靠近设备工作部分的低速轴上。有些制动器已标准化和系列化,并由专业工厂制造以供选用。
制动器分为行车制动器(脚刹),驻车制动器(手刹)。在行车过程中,一般都采用行车制动(脚刹),便于在前进的过程中减速停车,不单是使汽车保持不动。若行车制动失灵时才采用驻车制动。当车停稳后,就要使用驻车制动(手刹),防止车辆前滑和后溜。停车后一般除使用驻车制动外,上坡要将档位挂在一档(防止后溜),下坡要将档位挂在倒档(防止前滑)。
使机械运转部件停止或减速所必须施加的阻力矩称为制动力矩。制动力矩是设计、选用制动器的依据,其大小由机械的型式和工作要求决定。制动器上所用摩擦材料(制动件)的性能直接影响制动过程,而影响其性能的主要因素为工作温度和温升速度。摩擦材料应具备高而稳定的摩擦系数和良好的耐磨性。摩擦材料分金属和非金属两类。前者常用的有铸铁、钢、青铜和粉末冶金摩擦材料等,后者有皮革、橡胶、木材和石棉等。
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。如下图:
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。
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(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,与此能量相应的转动惯量(以下转动惯量简称为惯量)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。例如,假设有4个飞轮,其单个惯量分别是:10、20、40、80 kg·m2,基础惯量为10 kg·m2,则可以组成10,20,30,…,160 kg·m2的16种数值的机械惯量。 kg·m2的情况,就不能精确地用机械惯量模拟试验。这个问题的一种解决方法是:把机械惯量设定为40 kg·m2,然后在制动过程中,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,从而满足模拟试验的原则。
、问题的提出:
1. 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、 m的环形钢制飞轮组成, m、 m、 m,钢材密度为7810 kg/m3,基础惯量为10 kg·m2,问