制动器试验台的控制方法分析(附件)【字数：7813】
摘 要摘 要本文利用对各变量之间的关系进行探究，使用能量等效转换，离散变量的连续化处理，微积分，数形结合的办法，辅以计算机工具，将实际的制动器工作过程模拟到制动器试验台上，综合两者建立起数学模型，使其尽可能的接近实际中制动器工作能耗。并通过对试验得到的数据进行分析，来评价和改进制动器试验台的控制方法。对于问题1和问题2，应用能量守恒定律和刚体定轴转动规律，获得车辆载荷，车轮半径和系统等效转动惯量的联系，解出问题一的解是。问题2中符合补偿要求的转动惯量为、。对于问题3，基于试验台和路试制动过程一致性的原则，根据刚体力学的推导，建立电动机驱动电流依赖转速、等效的转动惯量这些可观测的数学模型。通过建立的该模型进行离散问题连续化处理，得到驱动电流和观测量之间的简单线性关系，并结合题目得到问题的结果。对于问题4，为了对这种方案进行详细的评价，根据数据分析的结果及参考文献资料得出的数据，分别从1、实际的角速度和理论角速度之间的差值；2、实际路试消耗的能量和试验台工作消耗的能量的差值；3、实际的制动时间和理论上的制动时间的误差进行分析和评论，由此可以得到该方法能量误差为，存在一定的缺陷。对于问题5，利用试验制动过程角速度逼近理想制动过程角速度的方法，基于试验制动过程和实际制动过程一致性原则，结合微积分理论，假设各个时间段内角速度不变，根据闭环控制系统和问题3的模型，得到前一时间段可观测量计算本时间段补偿电流的值的电流控制方法，并从角速度和能量方面对其评价。对于问题6，通过对第5问的研究可以得出控制方法的不足之处是不能严格的控制能量误差。在分析问题5给出的速度曲线后，在制动力未达到基本稳定时，不对电机提供驱动电流，以此来缩短角速度的下降的时间，从而缩小了试验台和实际制动的能量误差。关键词制动器实验台；能量守恒；等效转动惯量；控制方法
目录
第一章 绪论 1
1.1. 课题背景 1
1.2. 课题目的 1
1.3. 国内外研究现状 2
1.4. 当前研究存在的问题 2
第二章 问题分析 3
2.1. 问题提出 3
2.2. 问题分析 3
2.3. 模型假设 5
2.4. 符号定义 6
第三章 模型的建立和求 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
解 7
3.1. 问题1的模型建立与求解 7
3.2. 问题2的模型建立与求解 8
3.3. 问题3的模型建立与求解 10
3.4. 问题4的模型建立与求解 11
3.5. 问题5的模型建立与求解 13
3.6. 问题6的模型建立与求解 15
第四章 模型的评价与推广 18
4.1. 模型的评价 18
4.2. 模型的推广 18
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
绪论
课题背景
制动器的设计是车辆设计过程中万分紧要的一个环节，它关系到车辆制动器的优劣。制动器的优劣直接关系到整个车辆和人身安全，所以制动器的控制方法的分析是十分有必要的 。
制动器换句话说就是刹车设备，作用是使机械中的运动件减速或者停止的机械零部件。俗称刹车、闸。制动器一般由制动架、制动件和操纵装置等构成。现在随着科技的发展，一些制动器装上了制动件间隙的自动调整装置。在实际中，为了达到减小制动力矩和结构尺寸的目的，制动器通常安装在设备的高速轴上，不过对于有较高安全性的大型设备(如矿井提升机、电梯等)应该装在靠近设备的低速轴上。有些制动器已标准化和系列化，并由专业工厂制造以供选用。
现代汽车制动器由原始的机械控制装置发展而来，最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力，那时的汽车速度较慢，质量较轻，机械制动就能够使车辆完成制动过程，但随着汽车质量的增加，助力装置对机械制动器来说越来越显得非常重要。
在车辆生产过程中，我们需要对制动器进行测试，但是在这阶段，车辆还没有成品，不能够进行路试，所以只能够将制动器的测试等效的转移到专业的制动器试验台上，以此来评价制动器性能的优劣。
制动器试验台是测试制动器质量和性能的装置，试验台一般由这些部件组成：飞轮组，主轴，电动机，底座等。试验过程是，让一端装有制动器的有一定转速的主轴减速，方法是调整电动机的电流，当减速到一定值时，一次制动试验就完成了。
课题目的
汽车制动器在保障人身和车辆安全方面发挥重大作用。在制动器惯性试验台架上更精确地模拟制动器的路试状况，以此真实反映制动器的性能。对以往控制方法的分析，发现当前控制方法的问题所在，并对现有的控制方法提出改进。通过对制动器试验台的控制方法的研究，提高制动器的性能和研发水平，我们能更省时，省力的造出性能优质的制动器。
国内外研究现状
当今社会，制动器试验台的控制方法越来越得到人们的重视，海内外很多车辆制造机构，学者都对控制方法系统全面的研究过。目前，已知的控制方法有：制动器试验台电惯量系统控制方法，PID控制方法等。制动器试验台电惯量系统控制方法的原理是电动机的调速系统进行补偿控制，来让制动效果和路试尽可能保持一致。PID控制方法是将车轮制动的部分机械惯量用飞轮来模拟，用电动机的驱动电流来补偿控制器系统缺少的能量。虽然这两种方法都有效的减小了误差，但是试验过程还是不能完美的趋近于路试过程。
当前研究存在的问题
目前，传统的制动器控制分析方法存在补偿过程的离散性，放大了计算的误差，精确度受到一定的影响，存在一定的局限性。而通用的做法是把一次制动试验的完整时间分成很多个小段，通过对前一时间段的可观测量的读取，得到当前时间段主轴的瞬时扭矩和瞬时转速。这种方法放大了时间段之间的误差。利用线性模型控制方法，再根据能量守恒定律建立模型，模型最主要适用于接近线性变化的情况，所以会存在时间的间断性。并且传统的研究方法仅仅局限于一些常见的车辆类型，具有一定的不可拓展性。
问题分析
2.1. 问题提出
现在有这些问题要求解决:
1. 如果有一辆车，前轮半径为在行驶过程中，司机突然踩刹车，这时该车的一个前轮所受的载荷是，问：在这过程中，这个前轮的等效转动惯量。
2.现在有三个材料相同厚度不同的圆柱形飞轮，内外直径分别是：、，厚度为：、、，飞轮材料的密度是，系统的基础惯量 ，用排列组合的方法算出这三个飞轮能组成的所有的机械惯量，假如电动机能补偿的惯量区间是，通过问题一的结论，为了完成一次制动，需要为系统增加多少惯量。
3.研究并利用问题一和问题二，把制动减速度看作常数，系统一开始的速度是，五秒后系统静止，利用建立的驱动电流与瞬时扭矩和瞬时转速的关系的数学模型，计算电动机的驱动电流。
4. 假如对照路试设计的试验中，机械惯量是，等效转动惯量是，系统主轴一开始转速为，试验结束时为，时间间隔是，问：该试验方法是什么，并评价。
目录
第一章 绪论 1
1.1. 课题背景 1
1.2. 课题目的 1
1.3. 国内外研究现状 2
1.4. 当前研究存在的问题 2
第二章 问题分析 3
2.1. 问题提出 3
2.2. 问题分析 3
2.3. 模型假设 5
2.4. 符号定义 6
第三章 模型的建立和求 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
解 7
3.1. 问题1的模型建立与求解 7
3.2. 问题2的模型建立与求解 8
3.3. 问题3的模型建立与求解 10
3.4. 问题4的模型建立与求解 11
3.5. 问题5的模型建立与求解 13
3.6. 问题6的模型建立与求解 15
第四章 模型的评价与推广 18
4.1. 模型的评价 18
4.2. 模型的推广 18
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
绪论
课题背景
制动器的设计是车辆设计过程中万分紧要的一个环节，它关系到车辆制动器的优劣。制动器的优劣直接关系到整个车辆和人身安全，所以制动器的控制方法的分析是十分有必要的 。
制动器换句话说就是刹车设备，作用是使机械中的运动件减速或者停止的机械零部件。俗称刹车、闸。制动器一般由制动架、制动件和操纵装置等构成。现在随着科技的发展，一些制动器装上了制动件间隙的自动调整装置。在实际中，为了达到减小制动力矩和结构尺寸的目的，制动器通常安装在设备的高速轴上，不过对于有较高安全性的大型设备(如矿井提升机、电梯等)应该装在靠近设备的低速轴上。有些制动器已标准化和系列化，并由专业工厂制造以供选用。
现代汽车制动器由原始的机械控制装置发展而来，最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力，那时的汽车速度较慢，质量较轻，机械制动就能够使车辆完成制动过程，但随着汽车质量的增加，助力装置对机械制动器来说越来越显得非常重要。
在车辆生产过程中，我们需要对制动器进行测试，但是在这阶段，车辆还没有成品，不能够进行路试，所以只能够将制动器的测试等效的转移到专业的制动器试验台上，以此来评价制动器性能的优劣。
制动器试验台是测试制动器质量和性能的装置，试验台一般由这些部件组成：飞轮组，主轴，电动机，底座等。试验过程是，让一端装有制动器的有一定转速的主轴减速，方法是调整电动机的电流，当减速到一定值时，一次制动试验就完成了。
课题目的
汽车制动器在保障人身和车辆安全方面发挥重大作用。在制动器惯性试验台架上更精确地模拟制动器的路试状况，以此真实反映制动器的性能。对以往控制方法的分析，发现当前控制方法的问题所在，并对现有的控制方法提出改进。通过对制动器试验台的控制方法的研究，提高制动器的性能和研发水平，我们能更省时，省力的造出性能优质的制动器。
国内外研究现状
当今社会，制动器试验台的控制方法越来越得到人们的重视，海内外很多车辆制造机构，学者都对控制方法系统全面的研究过。目前，已知的控制方法有：制动器试验台电惯量系统控制方法，PID控制方法等。制动器试验台电惯量系统控制方法的原理是电动机的调速系统进行补偿控制，来让制动效果和路试尽可能保持一致。PID控制方法是将车轮制动的部分机械惯量用飞轮来模拟，用电动机的驱动电流来补偿控制器系统缺少的能量。虽然这两种方法都有效的减小了误差，但是试验过程还是不能完美的趋近于路试过程。
当前研究存在的问题
目前，传统的制动器控制分析方法存在补偿过程的离散性，放大了计算的误差，精确度受到一定的影响，存在一定的局限性。而通用的做法是把一次制动试验的完整时间分成很多个小段，通过对前一时间段的可观测量的读取，得到当前时间段主轴的瞬时扭矩和瞬时转速。这种方法放大了时间段之间的误差。利用线性模型控制方法，再根据能量守恒定律建立模型，模型最主要适用于接近线性变化的情况，所以会存在时间的间断性。并且传统的研究方法仅仅局限于一些常见的车辆类型，具有一定的不可拓展性。
问题分析
2.1. 问题提出
现在有这些问题要求解决:
1. 如果有一辆车，前轮半径为在行驶过程中，司机突然踩刹车，这时该车的一个前轮所受的载荷是，问：在这过程中，这个前轮的等效转动惯量。
2.现在有三个材料相同厚度不同的圆柱形飞轮，内外直径分别是：、，厚度为：、、，飞轮材料的密度是，系统的基础惯量 ，用排列组合的方法算出这三个飞轮能组成的所有的机械惯量，假如电动机能补偿的惯量区间是，通过问题一的结论，为了完成一次制动，需要为系统增加多少惯量。
3.研究并利用问题一和问题二，把制动减速度看作常数，系统一开始的速度是，五秒后系统静止，利用建立的驱动电流与瞬时扭矩和瞬时转速的关系的数学模型，计算电动机的驱动电流。
4. 假如对照路试设计的试验中，机械惯量是，等效转动惯量是，系统主轴一开始转速为，试验结束时为，时间间隔是，问：该试验方法是什么，并评价。
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