王望

摘 要：在當(dāng)前世界中汽車制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)是最具權(quán)威評(píng)價(jià)制動(dòng)器性能的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，其實(shí)驗(yàn)對(duì)象為制動(dòng)器，能夠可靠真實(shí)的分析制動(dòng)器性能，具備數(shù)據(jù)重現(xiàn)性和優(yōu)良模擬性。傳統(tǒng)汽車制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)存在的操作復(fù)雜、調(diào)速參數(shù)常改動(dòng)、被模擬慣量存在極差性等缺陷，而電模擬慣量汽車制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)及能夠?qū)⑦@些缺陷克服，并發(fā)揮出非常重要的優(yōu)勢(shì)和作用，以下將進(jìn)行相應(yīng)分析。

關(guān)鍵詞：電模擬技術(shù);制動(dòng)器臺(tái)架;測(cè)控系統(tǒng)

工業(yè)傳動(dòng)場(chǎng)合下，為保證其運(yùn)行安全性需使用制動(dòng)器等器件，制動(dòng)器可以降低運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置的速度，使其停止或者是保持停止的狀態(tài)。目前制動(dòng)器廣泛應(yīng)用到了電力、汽車、工程、冶金、運(yùn)輸和傳播等場(chǎng)合。目前對(duì)于制動(dòng)器操作性能、安全性能、耐磨性和準(zhǔn)確性有著越來越高的要求。汽車制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)是對(duì)汽車制動(dòng)襯片進(jìn)行檢測(cè)的權(quán)威試驗(yàn)方法，該臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)具備專業(yè)檢測(cè)設(shè)備，精準(zhǔn)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)并合理控制計(jì)算?；诖耍疚闹饕獙?duì)電模擬慣量的汽車制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)具備的控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，主要從升速控制和加速度控制兩方面進(jìn)行控制系統(tǒng)研究，以供參考。

一、升速控制系統(tǒng)

該臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)的升速控制系統(tǒng)是模擬汽車行駛初始狀態(tài)，通常速度控制在工業(yè)生產(chǎn)中是以輸出速度信號(hào)，接著通過直流調(diào)速器內(nèi)部速度環(huán)和電流一同控制輸出。在速度反饋下，促進(jìn)電機(jī)輸出相應(yīng)扭距，由此控制其轉(zhuǎn)速。而本文所研究需對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，同時(shí)也需對(duì)加速度進(jìn)行控制，從而這一方法不適用，以下將對(duì)適用方法加以分析。

（一）構(gòu)建數(shù)學(xué)模型

考慮到慣量輪加速度的控制，可使用加速度控制方式對(duì)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速加以控制，升速控制系統(tǒng)主要分為三個(gè)控制過程：（1）直流調(diào)速器。應(yīng)用型號(hào)為歐陸590+的直流調(diào)速器，該調(diào)速器為四象限轉(zhuǎn)換，制動(dòng)過程中調(diào)速器可向電網(wǎng)反饋多余電能，以此節(jié)約電能，使調(diào)節(jié)穩(wěn)定、快速，并且經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，這一調(diào)速器可在內(nèi)部控制電流，并具有電流環(huán)和速度環(huán)等功能。本文對(duì)電流環(huán)功能加以分析，基于加速度控制系統(tǒng)來控制加速度，可使用電流輸出模型，破開速度環(huán)，只應(yīng)用電流環(huán)。通過試驗(yàn)軟件的主程序?qū)崿F(xiàn)速度環(huán)，并基于此構(gòu)建直流調(diào)速器電流環(huán)仿真模型。（2）直流電機(jī)。直流電機(jī)所選用型號(hào)是z4-150-12，主要特點(diǎn)是加速或減速，較快扭距加載或卸載快。（3）慣量輪。慣量輪可起到穩(wěn)速作用，電機(jī)在輸出扭距后，電機(jī)將能量輸出到制動(dòng)器對(duì)偶轉(zhuǎn)盤中，該慣量為慣量輪所具備的慣量，同時(shí)包括緊急制動(dòng)盤、電機(jī)主軸和制動(dòng)器對(duì)偶轉(zhuǎn)盤等。因?yàn)檫@些慣量中慣量輪占有較大比重的慣量，因此將整個(gè)旋轉(zhuǎn)部分具備慣量，稱為慣量輪所帶慣量。在計(jì)算主軸、慣量輪以及緊急制動(dòng)器等慣量時(shí)，使用機(jī)械部件算法較為復(fù)雜繁瑣，即可應(yīng)用試驗(yàn)法對(duì)總的慣量加以計(jì)算[1]。需充分考慮到空氣阻力、軸間摩擦力和電機(jī)功率等影響因素，可將電機(jī)和慣量輪式為被控整體過程，被控過程輸入是電機(jī)電流信號(hào)，而輸出式編碼器速度信號(hào)。利用計(jì)算機(jī)軟件臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)操作程序，將不同電流輸入至直流電機(jī)控制，接著微分光電編碼器所測(cè)量的速度信號(hào)當(dāng)做輸出結(jié)果，在多次測(cè)量下獲得測(cè)量數(shù)據(jù)，通過差分運(yùn)算方法對(duì)輸入電樞電流及加速度間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，以獲得最終結(jié)果。（4）其他部分仿真模型，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件的操作程序?qū)崿F(xiàn)算法控制，在信號(hào)控制中應(yīng)運(yùn)用計(jì)算機(jī)通信向PLC傳送，接著由PLC輸送到歐路590+調(diào)速器中，基于此可實(shí)現(xiàn)晶體管組件，電流內(nèi)環(huán)和電流限制等三部分功能。

（二）傳統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

一般工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中使用PI控制算法來控制被控過程，該算法具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)?？刂扑俣葧r(shí)，因?yàn)閼T量輪具有較大慣性，如果速度控制出現(xiàn)超調(diào)情況，則會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生較大震動(dòng)，從而在保證無超調(diào)情況時(shí)，對(duì)PI參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，以獲得良好仿真效果。當(dāng)歐陸590+調(diào)速器中進(jìn)入給定速度偏差信號(hào)時(shí)，調(diào)速器會(huì)將電機(jī)電樞電流輸出。

（三）模糊控制設(shè)計(jì)

升速控制系統(tǒng)被控過程慣性較大，應(yīng)用PI控制難以達(dá)到期望控制效果，對(duì)于大慣性被控過程，可使用模糊控制算法來控制。但是該方法具有一定缺陷，因?yàn)椴痪邆浞e分環(huán)節(jié)，在控制時(shí)容易出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差，單純模糊控制無法獲得理想效果。傳統(tǒng)PID控制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易控制算法效果，這時(shí)可將PID模糊控制器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行模糊推理，在線自整定PI控制器，以獲得理想控制效果。PI控制和模糊控制兩種算法結(jié)合起來，控制思路為將信號(hào)輸入至模糊控制器和PI控制器中，將兩種算法優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來，以獲得良好控制效果。

二、加速度控制系統(tǒng)

該臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)加速控制系統(tǒng)，主要是用電模擬慣量偏差，為使慣量輪模擬汽車制動(dòng)狀態(tài)，需保證速度控制的一致性，也應(yīng)確保加速度模擬一致性。但因?yàn)橹粦?yīng)用一個(gè)慣量輪，觀量是一定的，無法改變，待測(cè)量汽車的水平質(zhì)量跟隨型號(hào)而變化[2]。

（一）基本工作原理

在汽車水平行駛制動(dòng)中將產(chǎn)生一個(gè)和行駛方向相反加速度，臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)慣量輪制動(dòng)中加速度和汽車車輪制動(dòng)加速度相同情況下，能夠?qū)ζ囍苿?dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬。并考慮同步性，將汽車水平運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槠囓囕喰D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由此提出汽車慣量概念。在汽車制動(dòng)中，汽車制動(dòng)器表現(xiàn)出的制動(dòng)扭距制動(dòng)力荷載與汽車制動(dòng)器上安裝的臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)制動(dòng)相同，而汽車慣量和慣量輪可能會(huì)有不同的慣量。為了使臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)慣量輪可對(duì)汽車制動(dòng)加速度狀態(tài)進(jìn)行模擬，需要在制動(dòng)中將一個(gè)扭距施加在控制直流電機(jī)中，并對(duì)直流電機(jī)輸出的扭距加以控制。

（二）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合制動(dòng)器制動(dòng)產(chǎn)生扭距，對(duì)已知汽車慣量進(jìn)行加速度計(jì)算，根據(jù)加速度結(jié)果對(duì)達(dá)到目標(biāo)控制效果的扭距值進(jìn)行計(jì)算。結(jié)合當(dāng)前制動(dòng)扭距和期望制動(dòng)扭距計(jì)算出直流電機(jī)，提供補(bǔ)償扭距。該加速度控制系統(tǒng)雖未使用限制系統(tǒng)和電流飽系統(tǒng)，但為保證電機(jī)安全性，不應(yīng)在算法程序中出錯(cuò)，使電機(jī)面臨燒壞的威脅，實(shí)現(xiàn)電流限制可提升電機(jī)運(yùn)行安全性。

結(jié)束語

電模擬慣量汽車制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)能夠?qū)⑸倏刂祈憫?yīng)速度提升，無超調(diào)，不會(huì)使設(shè)備震動(dòng)。此外，其可克服傳統(tǒng)汽車臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)繁瑣操作程序以級(jí)差模擬等缺陷，在扭距輸出情況下，可對(duì)制動(dòng)干擾加以限制。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃朝慧.電模擬慣量汽車制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)的開發(fā)與研究[A].香港康健醫(yī)藥有限公司.2017年博鰲醫(yī)藥論壇論文集[C].香港康健醫(yī)藥有限公司：，2017：1.

[2]唐玉龍.浮鉗盤式制動(dòng)器制動(dòng)特性仿真及試驗(yàn)研究[D].山東理工大學(xué)，2018.