制动器试验台的控制方法.doc

制动器试验台的控制方法分析
摘要:本题研究的是制动器试验台的控制方法,制动器试验台在模拟车辆路试的时候需要使用机械惯量,在使用飞轮补充机械惯量达不到精确值的时候需要用驱动电流控制电动机工作补偿缺少的能量以满足模拟实验。
驱动电流与电动机产生的扭矩成正比,且瞬时扭矩可观测。等效惯量和机械惯量的差即为补偿惯量(可正可负)。建立模型时根据物理公式和实际参数得出驱动电流的函数。制动器驱动电流与时间的精确关系很难得到,于是把连续问题离散化,制动时间离散为小段,根据前面的瞬时转速与瞬时扭矩设计本时段电流,逐次进行,直至速度为零,使用了分段函数。
另外还对驱动电流的计算机控制方法进行了设计和评价,设计时着重考虑了能量误差、效率和精度问题。该控制方法实现恒力矩制动,还可以设定制动末速度,使制动模式多样化。
对问题进一步分析后,建立了更精确的惯量补偿方法及其数学模型,用驱动电流完全代替机械惯量,提高了等效惯量的精确度和试验台的自动化。
最后对模型的可行性,合理性,科学性进行了阐述,得到对模型的整体评价以及需改进之处。
关键词:物理计算参数驱动电流等效转动惯量机械惯量离散化能量误差
计算机控制数据统计分析
一问题重述
本题研究的是制动器试验台的控制方法,制动器试验台在模拟车辆路试的时候需要使用机械惯量,在使用飞轮补充机械惯量达不到精确值的时候需要用驱动电流控制电动机工作补偿缺少的能量以满足模拟实验。即补偿惯量等于等效惯量与机械惯量之差。
驱动电流与电动机产生的扭矩成正比,比例系数已知,且试验台工作时主轴的瞬时扭矩是可观测的离散量。所以可以根据物理公式和实际参数得出驱动电流的函数。由于制动器性能的复杂性,电动机驱动电流与时间的精确关系很难得到,于是可以把连续的问题离散化,把制动时间离散为小段,然后根据前面的瞬时转速与瞬时扭矩设计出本时段电流的值,逐次进行,直至完成制动,速度减为零。评价控制方法优劣的重要指标是能量误差的大小,评价时需要注意这方面。
最后的问题是求等效转动惯量、电动机补偿惯量、建立电动机驱动电流数学模型并计算驱动电流、评价某控制方法以及设计对驱动电流的计算机控制方法并对该方法进行改进和评价。
二问题分析
本题的主要目的是求出电动机驱动电流的控制方法,即给出一个驱动电流的函数以及完善的计算机控制方法。电动机驱动电流与其产生的扭矩成正比,比例系数已知,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。所以可以通过物理力学公式找到驱动电流与扭矩、瞬时转速、质量等物理量的关系,并求出补偿惯量,以得到驱动电流方程。
由于制动器性能复杂,驱动电流与时间的精确关系不易得到,我们可以把连续的问题离散化,把制动时间离散为小时间段,然后根据前面的瞬时转速与瞬时扭矩设计出本时段电流的值,逐次进行,直至完成制动,速度减为零。这就需要使用分段函数。
在进行控制方法设计的时候要着重考虑能量误差,以及效率和精度。能量误差是路试时制动器与相对应的试验台上控制器在制动过程中消耗的能量之差。另外也可以发散思维使制动器的制动速度可设定,制动模式多样化。
三模型的说明及假设
,轮胎与地面无滑动;试验台上制动器与主轴的摩擦力为无穷大,之间没有相对滑动。
。
,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。
、随机误差、连续问题离散化的误差很小可以忽略。
。
四符号说明
:等效转动惯量
:飞轮转动惯量
:基础惯量
:补偿惯量
:等效载荷
:扭矩
:质量
:半径
:厚度
:重力加速度
:体积
:面积
:密度
:驱动电流
:比例系数
:角加速度
:角速度
:线加速度
五模型的建立
一、等效转动惯量函数的建立
由物理力学公式[1]:
………………1
………………2
所以
………………3
二、补偿惯量函数的建立
体积元
………………4
质量元
……………5
飞轮转动惯量
……………………6
…………………………7
电动机补偿惯量
………………………8
三、电动机驱动电流函数的建立
驱动电流与电动机产生的瞬时扭矩成正比,比例系数为k = A / N·m,
……………………9
……………………10
………………………11
综上,
……………………12
四、计算机控制方法模型的建立
设连续问题离散化时离散时间段为10ms,因为瞬时扭矩M是可观测的量,则
……………………13
五、模型建立
电动机驱动电流模型
…………………… 14
计算机控制模型
…