又根据具有机械惯量 的试验台转动时具有转动动能,在制动前后的角速度分别为 和 ,则制动前后试验台转动动能的改变量 为:
. (25)
所以评价制动器制动过程中,由扭矩做功 和补偿惯量做功 的共同作用下,产生试验台的转动动能变小 的效果,在此制动过程中,由于试验台的摩擦力,空气阻力以及制动器的控制方法等多方面的原因,分析导致转动动能变小 的原因,是投入的能量 产生的效果,而他们的差:
(26)
为衡量该制动器控制方法的重要指标,称之为能量误差。而能量误差 与投入的总能量( )之比定义的能量损耗率,记为:
. (27)
对于本题所给的数据,时间步长 已经足够小,可由公式(23)(24)可直接计算出扭矩和补偿力矩所做功分别为 , ,再根据(25)式可计算出试验台的转动动能的改变量 ,则能量误差 ,能量损耗率 。经过4.67秒的制动后,转速降为,角速度降为。
由以上计算知该控制方法的能量误差和能量损耗率已经较小,但制动时的角加速度过小,制动效果不够理想。
问题5求解与评价原文请加辣.文^论,文'网QQ3249,114
根据题设给出的时间 对应的瞬时扭矩 和瞬时转数 ,按照问题3所建立的数学模型,利用(16)和(17)式确定下一时刻 的补偿力矩 和驱动电流 ,再根据(13)式计算出 时刻的角加速度 ,则 时刻的角速度 可由:
. (28)
求得。根据所给数据,利用MATLAB软件编程计算可得(全部数据请参见附件):
时 间 扭 矩 补偿力矩 驱动电流 角 速 度 转数
0.00 40.00 -139.30 -208.95 53.86 514.33
0.01 40.00 -10.83 -16.25 53.71 514.60
0.02 40.00 -10.83 -16.25 53.57 514.52
0.03 41.25 -10.83 -16.25 53.42 514.44
0.04 43.75 -11.17 -16.76 53.27 514.36 论文网
http://www.751com.cn/0.05 45.00 -11.85 -17.77 53.13 514.27
0.06 47.50 -12.19 -18.28 52.98 514.18
… … … … … …
… … … … … …
4.66 291.25 -78.20 -117.30 28.31 270.37
4.67 288.75 -78.88 -118.32 28.25 260.79
而扭矩和补偿力矩所做功分别为 , ,再根据(25)式可计算出试验台的转动动能的改变量 ,则能量误差 ,能量损耗率 。经4.67秒的制动,角速度从53.86rad/s变为28.25rad/s,主轴的转速由514.33r/min降到260.79r/min。
由以上仿真计算结果可看出,根据能量误差和能量损耗率的计算,由相同的制动器(即相同的制动扭矩),两种不同的控制方法有较明显的差异,由问题5的控制方法明显优于问题4所给的控制方法。
但是问题4和问题5所给的控制,均没有达到较好的制动效果,角加速度都不够大,与问题3所提出来预期的制动效果有较大差距。
下图是两种控制方法对应的角速度变化曲线(左图为问题4所给的控制方法,右图为问题5的控制方法):
图3 两种控制方法的角速度曲线对比图原文请加辣.文^论,文'网QQ324,9114
问题6模型改进与求解
在问题3的建模过程中,我们假定的是制动器的扭矩为恒定值,但实际试验的制动器的扭矩由于本身特性的影响,无法瞬时达到理想值,即使到达了理想值,也会由于电动机(或汽车的发动机)周期做功等的影响,呈周期波动的状态。其特性如图(2)所示。设扭矩的实际值 与理想值 之间的差为: (29)
则由于制动器的扭矩未达到(或超过)理想值,会使整个制动过程的能量小于(或大于)等效能量。因此,为了更精确的模拟路试时的制动过程,需对问题1中所求出的等效惯量作修正,使其对应的制动过程中的能量与等效能量相等。而由以上原因产生的能量差为:
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