制动器实验台电模拟实验的控制方法.doc

制动器试验台电模拟试验研究 摘 要 本文针对制动器试验台电模拟实验的控制方法进行研究，范围主要包括三个部分：实验原理剖析，实验结果处理与分析，实验方法设计与改进。 问题1，等效转动惯量模型，利用能量等效转化原则，建立等效转动惯量模型为，并对所给实例进行求解，得到等效转动惯量为51.999 kg.m2。 问题2，电动机补偿惯量模型，根据等效转动惯量等于机械转动惯量与电动机补偿惯量之和，建立电动机补偿惯量模型。实例计算得到电动机补偿惯量大小为12.0539 kg.m2或17.8912 kg.m2。 问题3，电动机驱动电流与可观测量关系模型，根据电模拟实验中的角加速度与路试过程中的完全一致原则，利用动力学方程可得驱动电流—制动力矩关系模型。对实例进行求解，得到驱动电流值为175.61A。 问题4，实验结果处理与评价体系，由能量误差模型和能量误差的评价标准模型组成。能量误差模型的基本表达式，其中可用复化辛普森公式数值积分求得。能量误差的评价标准为利用参数的区间估计所得到的置信区间。对于问题4中所给实例，得到能量相对误差值不在置信区间内，该控制方法执行结果不佳。 问题5，电动机驱动电流的计算机控制模型，预测电流值的递推公式为，并根据计算机模拟仿真的实验结果分析，对该方法进行评价，认为其长期累积误差较大。 问题6，建立组合控制模型，每次控制行为分为三个步骤，第一步，建立预测模型，利用已测得的实验数据进行预测；第二步，第一步基础上，引入残差，建立引入残差的反馈校正模型，形成反馈机制，对第一步中所得预测值进行校正，得到校正预测值，将此值和已测得的所有数据作为原始数据，进行再次预测；第三步，预测电流变化控制模型，提出变化电流的控制算法。结合以上三者，形成预测—反馈校正—控制体系，基于以往大量数据，利用模型进行短期预测，所得预测误差较小，再进行反馈校正，进一步提高模型精度。 关键词：组合控制模型 评价体系 计算机控制方法 能量误差模型 1 问题简述与分析 汽车行车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。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。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，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与车轮角速度满足关系。将车轮和试验台均视为刚体，利用刚体的运动定率得出车辆平动时载荷的平动动能和试验台转动时飞轮和主轴的转动动能。由此建立等效转动惯量表达式，即为等效转动惯量模型。飞轮组可由一种或几种飞轮组成，这样机械惯量其实是一系列可能的取值，由此也可得出电动机补偿惯量的一系列取值。最终根据电动机能补偿的惯量范围确定补偿惯量的取值，建立电动机补偿惯量模型。 惯量电模拟常用的方法是控制电动机的输出转矩或转速，本文主要讨论转矩控制方式。实验中，制动器产生的制动力矩可以通过测量主轴上的瞬时扭矩获得。在理想的状况下，制动器产生的制动力矩是固定的，不随系统惯量的大小而变化，路试系统的制动曲线与传统的机械惯量模拟的制动曲线均为直线，由于两系统的转动惯量不同，所得直线的斜率不一。电模拟的关键就是要使得两条直线的斜率一致，额外的斜率由电动机的输出扭矩来消耗。据此，利用刚体运动的动力学方程可得输出转矩—制动力矩的关系，根据驱动电流与输出转矩的关系，进一步得到电动机驱动电流—制动力矩的关系，即为电动机驱动电流—制动力矩模型。在非理想情况下，制动器的制动力矩是不断波动的，波动的幅度很小，这里暂且不考虑。 工程实际中常用的电动机驱动电流计算机控制方法是：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。能量误差主轴瞬时转速与瞬时扭矩，根据物理公式，推导出相对误差与可观测量之间的关系：。其中理论值可根据数据拟合出来的曲线方程得到，理论值则需根据扭矩—角加速度关系，利用—曲线的斜率确定。对于这一样本，可统计分析出其的概论分布函数，最终可利用参数的区间估计理论，求解出的置信区间。这一置信区间便可用于检验能量相对误差的合理性，进而得到实验结果的合理性。 本时间段电流值前一个时间段观测到的瞬时转速与/或瞬时扭矩模型，以此为基础引入残差，建立残差反馈校正模型，对预测值进行校正并反馈校正后的预测值给控制系统，再由控制系统对反馈的校正值进行处理，得到电流的变化值，在下一时刻输出调整后的电流值。 2 模型假设 仅研究理想条件下，制动时车辆的制动器的性能； 路试中的车辆与试验台系统均视为刚体，不考虑其运动过程中的变形； 制动过程中仅考虑车辆平动的动能，忽略车轮自身的转动具有的能量和其他形式的能量损失； 路试时轮胎与地面的摩擦力为无穷大，轮胎与