制动器试验台的控制方法及分析(4)

2019-04-04 22:39

根据建立的模型一中的制动力矩[6]: M?Jdw dt其中等效的转动惯量J是固定不变的,分析图1中总的扭矩M随时间变化t的曲线,

dw我们得到:开始一段时间M增大,说明也是逐渐增大的,最后M达到一稳定值,则

dtdw说明也保持稳定。

dt并且由公式w?2??n,我们对其两边微分,可以得到

dwdn?2? (27) dtdtdn在开始一段时间逐渐增大,dtdn后一段时间达到某一稳定值(根据图2中后一段时间斜率k?大致不变)。

dt可以验证图2中转速n符合随时间变化的关系,即

由以上的分析,我们把制动器试验台的模拟过程按时间分两段处理。

①开始一段时间,扭矩M逐渐增大,

dn也逐渐增大 dtdn都趋向于稳定值。 dt②后一段时间内,扭矩M,转速变化率

先分析开始一段时间的模拟过程,由附录中的数据可知,该时间段可取为0~0.74s。 由(1)(2)联立可得 dn?Mdt (28) 2?J式(24)左右两边积分得 n?n0?M?t (29) 2?J其中n0主轴初始转速,由于即可把(29)式写成

dw为负值,则M也应为负值, 但M实际观测取值为正, dt

n?n0?M?t (M取正值) (30) 2?J我们根据上式做出转速n和t的变化关系,即理论上的计算值。用它与附录中的实际转速数据相对照,作出下图:

图3 前时间段转速n和t的变化关系(理论上的计算值与实测转速数据相对照)

从图3中我们可以看出理论数据与实际的数据变化趋势基本一致,但同时也存在一

些误差,

计算理论数据的方差[7]得 s1?1N?(n?n1) (31)

2其中n为理论转速,n1为实际测得转速。

解得 s1=69.54

然后再分析后一段时间的模拟过程,由附录中的数据可知,该时间段可取为0.75s~4.67s。根据前一段时间的推理过程,可得:

n?n0?M?(t?0.75) (32) 2?J其中n0为0.75秒时主轴的转速。同样计算出转速n和t的理论上的变化关系,经数据拟合得到函数。用它与实附录中的实际转速数据相对照,作出图4:

图4 后时间段转速n和t的变化关系(理论上的计算值与实测转速数据相对照) 对误差分析:计算其中的方差为 s2?1N?(n?n1) (33)

2其中n为理论转速,n1为实际测得转速。

解得 s2=85.32

由附录中的数据,可知初始转速n0=514.33rpm

我们采用初始转速n0,及s1,s2的标准方差对误差?的大致范围进行估算:

即为

s1s???2 n0n0解得 1.62%??? 51.8可以看出误差很小(即使计算时采用末时转速,可计算误差小于3.6%),由此可认

为该方法执行的结果较为合理。

然后,我们采用能量这一指标进行分析,再对该方法的执行的结果进行评价。 因为路试中制动器消耗的能量W1无法测量,我们假设其消耗的能量为理想状态消耗的能量[7],即为

W1?1212Jw1?Jw0 22其中w1,w0分别末状态和初状态的角速度,可由相应的转速计算。 解得 W1?6.955J 0?241468i?1实际由制动器试验台模拟的能量W2为: W2??Mwi?t

解得 W2?4.92?J 0641则理论与实际误差?w为: ?w?W1?W2?100% W1解得 ?w=5.57%

因此从能量方面进行评价,误差在容许之内,从而也认为该方法执行的结果比较合理。 5、问题五:

通过模型二,我们得到I?1.5?(1?J2M(1)??t?M(1)t(1),可以根据前一个时间段)?Jt(2)观测的瞬时扭矩,计算出本时段的电流值,从而实现电流的计算机控制方法。但它具有

一些不足之处,由于不能很好的适应刚开始的调整扭矩阶段,所以不能有效的模拟刚开始的实际情况。 6、问题六:

通过模型三,我们得到

M(z?1)J23Pi?Jz?1I??(1?)?{n(0)?[n(z?1)?T]},

TJzJ这改进了问题五的控制方法,根据初始时段观测到的瞬时扭矩和瞬时转速以及前一时间

段观测到的瞬时扭矩和瞬时转速得到本时段的电流值,这种控制方法得到的电流值更加精确。为了对该控制方法做出合理的评价,我们根据模型四的两个评价指标,即 方差: s1?1N?(n?n1)

2能量误差: ?w?W1?W2?100% W1通过实际的仿真实验,利用测量的数据代入上述检测指标,计算该误差是否在容许范围之内。即可对该控制方法是否有效作出正确的评价。

六 模型推广

模型的推广

模型一建立的制动器试验台中的双分流加载模型能够在实验台上实现制动器实际工况再现,其结构紧凑,体积小,操作简单方便,可在汽车即各种交通工具的检测领域中大力推广应用。

模型二建立的驱动电流的计算机控制模型设计了计算机对制动器的自动控制,安全系数高,精确度高,可操作型强,模型简单防骗,可广泛应用与航空航天,宇宙卫星的监测等领域当中。

模型三是对模型二的完善,其适用型更强,应用范围更广,精确度更高。而模型四通过建立两向评价指标,对在不同评价指标下的模型给出了具体的评价方案。该模型可广泛应用于各种性能指标的评定中。

七 参考文献

[1] 徐超 刘修生,大学物理[M],北京,科学出版社,2006.,69-77

[2] 梁波 李玉忍,模糊自整定PID在制动器试验台电惯量模拟应用[J],电子测量技术,2008,(31,10):87-89.

[3] 林荣会 刘明美,制动器试验台中模拟负载的新方法[J],机械科学与技术,1997(26,6):58-60. [4] 林荣会 姜建平,双分流加载式制动器试验台的电模拟系统[J],青岛建筑工程学院,1997(71,3):39-54 [5] 曲波 尹红斌 赵小楼 王鸣歌,电模拟制动器惯性台架设计[J],吉林大学 生物与农业工程学院,长春,2006(36,2):62-64

[6]盛骤 谢式千 潘承毅,概率论与数理统计[M],北京,高等教育出版社,2008, [7]常渐生 石要武 常瑞 检测与转换技术[M],北京,机械工业出版社2009


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