图1反映瞬时扭矩和时间的关系,可见在前面很小一段时间内,扭矩随时间急剧增大,当增大到某一值时会相对稳定,在一个理想值的附近有所波动。但我们发现随时间的变化,该波动越来越大,而实际要求是波动越来越小,最后要趋于理想值而恒定。所以,从扭矩-时间图来看,该实验控制方案的误差较大。
图2反映的是主轴的瞬间转速和时间的关系,总体上看基本成一直线,但前一段时间的转速和理想的转速还是有一定差距,存在一定误差。
5.4.2定量分析
利用能量误差可以对实验的控制方法进行较为准确的评价。本题中的能量误差是指所设计路试时的制动器和相对应的试验台上制动器在制动过程中消耗的能量之差。那么,路试时制动器消耗的能量应该为初始状态具有的能量与末状态具有的能量,既是
所以,路试时制动器消耗的能量 (J)
根据做功的原理,相对应的实验台上制动器的消耗的能量应等于主轴扭矩做的功,既是
所以,结合表中试验数据,利用Matlab可算出试验台上的制动器消耗能量 (J)
根据 和 ,可以得到该控制之下能量误差为 (J)
则该控制之下的相对误差为5.5 控制方法设计与评价
5.5.1 控制方法设计原文请加辣.文^论,文'网QQ3249,114
假设 为t时刻的主轴扭矩, 为t时刻的驱动电流的理想值,根据电流的连续性,在t+1时刻的电流 应是与 尽可能的接近,即:
于是有 (3)
又因为t时刻的 与 也十分接近,同理,t时刻的角加速度 与理想的角加速度 近似相等,即:
于是,(3)式就变成 (4)
由此,得到了t+1时刻的驱动电流 与t时刻的制动扭矩 的关系。
此时能量误差为
5.5.2 计算机仿真分析
利用仿真分析之前,我们先假设这样一种情况:路试等效的转动惯量为48 ,机械惯量为35 ,主轴的初转速为514转/分钟,末速度为257转/分钟,测量的时间步长为10ms。即,此时的瞬时扭矩与问题4中的瞬时扭矩是一样的。于是,在这些条件下进行仿真分析,我们可以得到如下的数据图:图3
图3是制动器能量损耗与时间关系图,分析图可以得知,在开始的一小段时间内,制动器消耗的能量是急剧增加的,但当到达某一值后,能量的损耗量呈一定规律地减少,且较为缓慢,但还是有一点波动。
图4论文网
http://www.751com.cn/图4的是路试时主轴转速与仿真的主轴转速变化比较图,都是从一个起点出发,但在前一段时间试验值明显与理想值发生偏离,但随着时间的改变而渐渐靠近,说明试验的模拟精度越来越高。
5.6 控制方法改进与评价
在问题5中,建立的方程是基于 的理想值 ,而实际情况下很难达到理想值 ,因此应该对每个时间段的 单独考虑。
根据系统动力学方程[2]:
可知在t时刻电动机产生的拖动力矩(5)
由在问题3时所建立的模型可知: (6)
将(6)式等效变换得 (7)
将(7)式代入(3)式中,得 (8)原文请加辣.文^论,文'网QQ3249,114
假设制动器是以理想的方式启动,则
, 通过对(8)式进行迭代运算,得到 在每个时段的电流值,从图6可以看出,算法改进以后电流提升速度更快,电流值更高,与理想值更接近。
图5
通过对各个时段转速进行分析并与图4进行比较,发现通过对控制方法改进,使得所求转速与理想转速更加强接近,从而使得误差更小。
图6
路试时制动器消耗的能量 (J),
试验台上的制动器消耗能量 (J),
则该控制之下能量相对误差为
参考文献:论文网
http://www.751com.cn/[1] 程守洙、江之永,普通物理学,北京:高等教育出版社,2006年
[2] 哈工大理论力学教研室,理论力学,北京:高等教育出版社,2008年
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