制动器试验台的控制方法分析

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1、制动器试验台的控制方法分析摘要问题一用量纲分析法得出了等效转动惯量的计算公式，应用物理规律对其进行了检验并确定了比例系数，在此基础上解得问题一的等效转动惯量为51.999。问题二根据转动惯量的定义求解飞轮（空心圆柱体）的转动惯量；接着利用集合分析法描述机械惯量，进而求解出电机补偿的惯量；编号飞轮组合情况电机补偿的惯量（）1厚度0.0392m的飞轮11.992厚度0.0784m的飞轮-18.02问题三通过对试验台上模拟制动器制动原理的机理分析，建立电动机驱动电流依赖于可观测量的函数关系求得驱动电流值为174.825和262.238。问题四建立了基于能量误差的控制系统综合评价模型，对问题中的

2、控制方法进行评价；并进一步从最大超调量、最大超调百分数、上升时间等几个方面对结果进行分析。问题五建立一阶线性差分方程模型，设计基于一阶差分方程模型的电流值计算机控制方法（见图7），并利用能量误差指标来评价所设计的控制方法。问题六在问题五基础上对一阶差分方程评价，找出一阶差分模型在控制中存在的不足，建立二阶差分模型，解决所存在的不足，并设计了基于二阶差分模型的电流值计算机控制方法（见图9），并对控制方法进行评价。从能量误差角度对问题四、五、六中的控制方法进行比较，检验设计的控制方法的好坏：二阶差分模型建立的控制方法最好，一阶差分模型其次。综合评价指标误差平方积分时间乘误差平方积分误差绝对值

3、积分时间乘误差绝对值积分问题4380198.2866356.97425126.19483624.1318一阶差分187781.9115901.33832497.9769564.1926二阶差分41700.9531152.1683727.8293654.2083上表中的各指标值越小越好，具体意义见问题四模型。关键词：量纲分析法集合分析法综合评价差分模型计算机控制241、问题重述汽车制动性能是指车辆在行驶过程中制动时所具有的强制减速乃至停车的能力，是车辆主动安全性的主要性能之一，直接关系着人身和车辆的安全。为了检测汽车制动器的综合性能，需要通过大量试验对汽车制动运行响应展开分析。一种方法是在

4、指定路面上测试实际车辆的制动过程参数，得到相应的制动性能指标。这个过程称为路试，但路试需要专用的场地，费事、费时，检测效率低，且在车辆设计阶段无法进行路试。因此，一种通用灵活的方法是，在制动过程尽可能一致的基础上，用专门的制动器试验台对所设计的路试进行模拟试验。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。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

5、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。如果仅采用飞轮模拟整车的转动惯量，安装精度高，体积庞大，操作麻烦，而且不能实现无级调节，一种解决方法是，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。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，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。本时段的驱动电流的值，可以由前面时间段观测到的瞬

6、时转速与/或瞬时扭矩设计得出，回答以下问题：1、已知车辆单个前轮的滚动半径为0.286m，制动载荷为6230N，等效转动惯量；2、给定飞轮组的外直径为1m、内直径为0.2m，钢材密度为7810kg/m3，基础惯量为10kg·m2，厚度分别为0.0392m、0.0784m、0.1568m，且假设电动机能补偿的能量相应的惯量的范围为[-30,30]kg·m2。问可以组成哪些机械惯量？对于问题1中得到的等效转动惯量，需要用电动机补偿多少的惯量？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的条件下，假设制动减速度为常数，初始速度为50km/h，制动5.0秒后车速为零，计算驱动

7、电流。4、已知所设计的路试等效的转动惯量为48kg·m2，机械惯量为35kg·m2，用某种控制方法试验得到的数据见附表。请对该方法执行的结果进行评价。5、按照第3问导出的数学模型，给出根据前一个时间段观测到的瞬时转速与/或瞬时扭矩，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。6、第5问给出的控制方法是否有不足之处？如果有，请重新设计一个尽量完善的计算机控制方法，并作评价。242、模型假设和符号说明2．1模型假设1、假设路