文档介绍：联合制动器试验台电流控制方法的实现及改进
摘要
针对在飞轮和电机联合模拟制动器负载情况下,驱动电流与时间的关系难以
精确确定的问题,本文详细分析了联合试验台制动的制动过程,通过对驱动电流
控制基本模型的建立和评价,提出一种实时控制驱动电流的计算机控制方法。
模型一基本模型。本文从刚体转动定律及能量守恒定律出发,建立了依赖
于观测瞬时制动扭矩的制动器实验台驱动电流输入模型。通过对制动时间离散化
的处理,在每一个时间段内视转动为匀减速运动,根据前一个时间段观测到的瞬
时扭矩,计算本时间段的驱动电流,实现了工程上驱动电流输入的计算机控制方
法设计。
模型二误差修复模型。依赖于基本模型的计算方法所导致的能量误差主要
产生于驱动电流的延时,即在观察点得到的驱动电流应当是前一时间段而不是本
时段的驱动电流的真值。为了较为精确的模拟路试现实情况,本文提出利用前一
时间段的能量误差,合理补偿本时间段的驱动电流,从而减少总的能量误差。
模型三实时控制模型。基于逐步观测逐步的调整方法无法精确确定驱动电
流和时间的关系,驱动电流的输入存在延迟,我们建立了一个基于通过电压控制
电荷量进而控制驱动电流的模型。通过观测到连续的角速度值,得到连续的电压
值,从而连续地输入驱动电流。理想状态下,保持电压和角速度的同步,可以输
入相对精确的驱动电流,达到实时控制驱动电流,减少驱动电流延时造成的影响
的目的。
关键词:驱动电流实时控制误差修复能量误差延迟
1
1. 问题重述
汽车作为人们生活的主要交通工具之一,在人们的生活中日益占据着举足
轻重的作用,汽车的优劣直接影响着国家和人民的财产和生命安全,而汽车制动
器的设计则是车辆设计中最重要的环节之一。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,使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1。试验中,将汽车载荷在车辆平动时
具有的能量转化为试验台上飞轮和主轴等机构转动时具有的等效的转动惯量,但
对于某些等效的转动惯量不能精确地用机械惯量模拟试验,对于这种情况,是让
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。然而由于制动器性能的复杂性,电动机驱动电流
与时间之间的精确关系是很难得到的,而且试验中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间也是有误差的,即评价控制
方法优劣的重要数量指标之一的能量误差。面对以上诸多问题,本文建立依赖于
可观测量的电动机驱动电流的数学模型,使用计算机的控制算法,并用该方法对
附表中的数据进行评价,最后对模型进行分析,建立更优的数学模型,从而减少
能量误差,这对人民对国家都有着长远而重要的意义。
现在要解决以下问题:
,确定等效转动惯量。
,确定电动机的惯量
。
。
,给出根据前一个时间段观测到的瞬时转速与瞬时扭矩,
设计本时间段电流值的计算机控制方法,并对该方法进行评价。
。
2. 模型假设
;
、随机误差和连续问题离散化、摩擦所产生的误差;
;
,不考虑空气阻力和轴承阻力;
5. 假设试验中不考虑导线的电阻;
2
对于问题 1,我们用能量相等模型来求等效转动惯量,即
11
mv22 J(1)
22
对于问题 2,我们将飞轮的体积划分为微元,再对微元的惯量进行积分来
求飞轮惯量,即
r
J 2 r2 dm (2)
r
1
对于问题 3,我们根据刚体力学的转动定理,给出了基于观测离散的瞬时
制动扭矩来求解驱动电流的模型,即
Js
I k M f (3)
Jv
得到了驱动电流与瞬时制动扭矩成正比的关系。
对于问题 4,我们采用了对微小时间段内的制动扭矩做的功进行累加求和,
求出模拟实验中制动扭矩消耗的能量,将其与实际中载荷的平动动能作比较,得
出能量误差。
对于问题