电惯量轮胎制动试验台及其电惯量控制方法

摘要

本发明属于机电一体化系统，涉及机械回转惯性系统的电气传动模拟，特别是电惯量轮胎制动试验台及其电惯量控制方法。通过同步采集鼓轮转速、电机输出扭矩，按数学模型计算出电动机的扭矩输出值，使得试验台在逼近理想鼓轮且没有系统固有阻力的状态下运行。实现转动惯量的精确匹配，控制精度可满足高精度试验要求；节省投资和运行成本。

主权项

电惯量轮胎制动试验台的电惯量控制方法，至少包括：1)对试验台鼓轮系统固有阻力矩T_fR进行标定，规定其为角速度的函数，即T_fR＝T_fR(ω)2)令：控制周期Δt＝t_n‑t_n‑1＝const，t_n＝n·Δt，n＝0，1，2，…；式中：t_n和t_n‑1均表示时刻；制动初始角速度为ω₀；制动末角速度为[ω]；n＝0；3)电机拖动鼓轮运行到给定的初始角速度ω₀；速度稳定后受试制动器开始制动过程，电机拖动切换到力矩控制状态，此时为t₀时刻；在t₀时刻通过传感器同步采集电机转速信号、电机输出扭矩信号；根据采集的信号计算出t₀时刻电机的角速度ω₀、电机的实际输出扭矩T_m0；4)计算t₀时刻鼓轮系统固有阻力矩T_fR0；5)令：n＝n+1；6)在t_n时刻通过传感器同步采集电机转速信号、电机输出扭矩信号；7)根据步骤6)采集的信号计算出t_n时刻电机的角速度ω_n、电机的实际输出扭矩T_mn；8)根据步骤7)得到的当前电机的角速度ω_n和步骤2)规定的制动末速度[ω]，判定ω_n＞[ω]是否成立，若成立则进行步骤9)，否则进行 步骤13)；9)计算t_n时刻鼓轮系统固有阻力矩T_fRn；10)按电惯量模拟的数学模型计算出t_n时刻电机扭矩计算输出值；11)控制电机输出扭矩逼近电机扭矩计算输出值；12)令n＝n+1，进行步骤6)；13)退出电惯量模拟；所述的步骤4)计算t₀时刻鼓轮系统固有阻力矩T_fR0是根据下式：T_fR0＝T_fR(ω₀)；所述的步骤9)计算t_n时刻系统固有阻力矩T_fRn是根据下式：T_fRn＝T_fR(ω_n)；该方法采用的电惯量轮胎制动试验台至少包括测速传感器(1)、拖动电机(2)、扭矩传感器(3)、鼓轮装置(4)、轮胎测速传感器(5)、受试轮胎及制动器(6)、机械摩擦制动扭矩测量装置(7)、测力传感器(8)、活动机架(9)、固定机架(10)、电气传动控制单元(11)和电惯量模拟控制单元(12)；拖动电机(2)和鼓轮装置(4)之间安装有扭矩传感器(3)用于测量电机输出扭矩，轴端安装有测速传感器(1)用于测量电机和鼓轮的转速，受试轮胎及制动器(6)和机头(13)之间安装有机械摩擦制动扭矩测量装置(7)用于测量制动器的机械摩擦制动力矩，机头(13)和活动机架(9)之间安装有测力传感器(8)用于测量作用在轮胎上的加载力，活动机架(9)安装在固定机架(10)上，测速传感器(1)、扭矩传感器(3)与电惯量模拟控制单元(12)电连接，由电气传动控制单元(11)驱动拖动电机(2)拖动鼓轮装置(4)运行到设定转速，开始制动 过程；由电惯量模拟控制单元(12)获取扭矩传感器(3)和测速传感器(1)同步采集的鼓轮转速、电机实际输出扭矩，电惯量模拟控制单元(12)依据数学模型计算出拖动电机(2)的扭矩输出值并给定，使得试验台在逼近理想鼓轮且没有系统固有阻力的状态下运行；同时配置机械摩擦制动扭矩测量装置，可测量轮胎制动的机械摩擦制动力矩，实现对制动器制动效能的分析；所述的依据数学模型计算出电机扭矩输出值T_m是依据数学模型 公式：在制动过程的任一时刻t_nt_n＝n·Δt， n＝0，1，2，…当n＝1，2，…时：式中，Δt是控制周期，I是理想鼓轮的转动惯量，I_f是鼓轮的实际转动惯量，ω₀是鼓轮的初始角速度，ω_n是鼓轮在t_n时刻检测的角速度，T_mi、T_fRi分别是在t_i＝i·Δt时刻检测的电机实际输出扭矩、标定的试验台系统固有阻力矩。