制动器试验台控制方法的.doc
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制动器试验台控制方法的设计与改进
摘 要
本文主要解决的问题是建立电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型,分析与设计汽车制动器试验台的计算机控制方法,并对采用不同的控制方法及其执行的结果作出评价和进行完善,从而优化汽车的行车制动器的设计。
首先采用制动器试验台的系统动力学方程和相关物理量之间的等量关系,推导出驱动电流依赖于可观测量(瞬时扭矩与/或瞬时转速)的数学模型。在此基础上,利用连续时间变量的离散化思想,设计出由前一个时间段的可观测量来控制本时段的电流值的计算机控制方法,由此讨论和分析了此方法的优劣,提出了两个改进的控制方法,使原有的控制方法更加完善。同时,通过计算和分析能量误差与电流值的稳定性,对给定的某个控制方法执行的结果进行了科学、合理的评价。
运用物理学公式,分别计算出问题一、二中所要求的物理量:(1)等效的转动惯量;(2)需要用电动机的惯量,。 在问题三中,建立了在连续时间变量下,驱动电流依赖于瞬时扭矩的数学模型。并通过假设,简化了以上模型,在问题12和一定初始条件用某种控制方法试验得到的数据根据前一个时间段观测到的瞬时设计时间段电流值的计算机控制方法重新设计个完善的计算机控制方法计算机控制方法 能量误差对该方法执行的果进行评价 物体运动具有的能量 焦耳() 转动惯量 千克·平方米() 制动力矩(假设为常数) 牛顿·米() 电流产生的扭矩 牛顿·米() 瞬时扭矩 牛顿·米() 角加速度 弧度/平方秒() 角速度 弧度/秒() n 转速 转/分钟(rpm) 机械惯量 千克·平方米() 等效的转动惯量 千克·平方米() 路试时制动器消耗的能量 焦耳() 试验台制动器吸收能量 焦耳() 路试时初末状态的能量差 焦耳() 试验台制动初末状态的能量差 焦耳() 试验台机械惯量对应能量 焦耳() 试验台电流补偿能量 焦耳() , 制动初、末时间 秒(s) 电动机工作效率
四、问题的分析
本文对以下6个问题进行了分析:
问题1
当给出指定车轮的半径,以及在车辆制动时所承受的载荷,要我们求等效的转动惯量。由题意,将载荷在车辆平动时的能量比例系数取为1.5 A/N·m根据前面时间段观测到的瞬时扭矩第3问导出的数学模型将载荷在车辆平动时的能量(忽略车轮自身转动的能量)等效地转化为试验台上飞轮等机构转动时的能量,的转动惯量为等效的转动惯量。(其中),与飞轮转动所具有的转动动能相等,由此解出。
其中,——重力加速度;
——车辆的平动速度;
——车轮半径;
——车辆制动时,指定车轮的载荷。
已知,,= 9.8,
计算得:,即为所求的等效的转动惯量。
5.2 问题2的分析与求解
在飞轮的截面上任取一点,设点到圆心的距离为,取的微元为,其质量=(d为厚度)。对这个微元,其转动惯量为。对在区间上积分,即:
(5.1)
其中,——钢材的密度,=7810;
——在飞轮的截面任取一点,点到圆心的距离;
——所取的的微元;
——所取微元质量;
——所取微元的转动惯量;
——飞轮厚度;
——飞轮外半径;
——飞轮内半径。
将题中所给的3个飞轮的相应数据代入(5.1)式计算,可得:,,。因此,可以组成的机械惯量的有,,,, ,,,,。
由5.1节计算得到的等效转动惯量为,而发动机所提供的补偿能量所对应的惯量范围是[-30, 30],所以在此范围内,我们能选择的机械惯量只能是,,与此对应的电动机所提供的补偿能量所对应的惯量就是,。
5.3 问题3的模型与结果
5.3.1 建立稳定前电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型
由系统动力学方程【2】:
(5.2)
且有关系:
(5.3)
其中分别定义为制动力矩,电流产生的扭矩和瞬时扭矩。
将(5.3)式代入(5.2)中,得到:
(5.4)
考虑到均与时间有关,为了求解(5.4)式,由积分的定义,将时间轴等分为n段,每段长为,则在每一时间段上,其中,则
有电流补偿的情况:
(5.5)
没有电流补偿的情况:
(5.6)
逐段累加得:
有电流补偿的情况:
(5.7)
没有电流补偿的情况:
(5.8)
将公式(5.7)(5.8)作比,则有:
(5.9)
由(5.3)式代入(5.9)式,转化为:
由题意,驱动电流与其产生的扭矩成正比(比例系数取为1.5A/N·m),则得到瞬时扭矩与驱动电流之间的数学模型:
(5.10)
注:为常数。
5.3.2建立稳定状态电动机驱动电流依赖于可观测量的数学模型
在制
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