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《重庆大学》 2007年
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基于快速气动伺服的汽车惯性式制动器试验系统应用研究

张元涛  
【摘要】: 制动器性能的优良直接关系到汽车安全运行。汽车惯性式制动器试验系统通过模拟汽车的制动过程,以台架试验的方式来测试制动器总成的各项性能,要求实现恒气压、恒油压、恒力矩、恒减速度自动控制。该系统采用快速气动伺服推动液压缸的传动方式,是一个典型的强非线性、时变、时滞的复杂系统,传统的单闭环PID控制只能控制气压和油压,无法实现力矩和减速度的快速控制。因此,研究汽车惯性式制动器试验系统的恒力矩、恒减速度自动控制具有重要的现实意义和学术价值。 本文在建立汽车惯性式制动器试验系统的数学模型的基础上,利用仿真软件MATLAB/SIMULINK构造了系统的仿真平台;分析了双闭环控制、PID控制和模糊控制三种控制技术的特点和模糊PI控制器的几种结构;鉴于常规单闭环PID控制力矩和减速度的不足,结合几种控制技术的优点,提出了恒力矩和恒减速度控制的双闭环模糊PI控制方案,并在仿真平台上进行了仿真验证;设计了控制系统的总体结构和基于组态软件WinCC的监控系统人机界面。 双闭环控制技术采用内外环控制,外环是一个定值控制系统,内环为一个随动系统。这种双闭环结构使其具有比常规单闭环控制系统更良好的动态性能,提高了系统的工作频率,大大增强了系统的抗干扰能力。模糊控制技术本质属于非线性控制,它在处理复杂的、非线性、时滞、难以用精确数学模型描述的对象控制中表现出优越的性能,并且具有快速性、鲁棒性好的特点。但模糊控制的控制精度不高,可以引入积分环节用以提高其静态性能。本文将双闭环控制技术与模糊控制技术结合起来,设计出一种双闭环模糊PI控制方案,即制动主缸驱动力内环采用常规PI控制,力矩或减速度外环采用模糊PI控制。仿真研究中,系统内环均采用PI控制,外环分别采用PI控制,模糊控制,模糊PI控制,通过这三种控制方式在阶跃输入、不同输入幅值、系统结构参数变化、抗干扰能力四种情况下的性能比较,证明双闭环模糊PI控制能实现力矩和减速度的快速控制,适应性好,并保持良好的控制精度和鲁棒性。 考虑到汽车惯性式制动器试验系统的特点,控制系统的设计采用了基于PROFIBUS-DP现场总线的分布式网络技术,其中监控级采用WinCC组态的工控机,控制级采用西门子S7-400系列PLC,现场级采用ET200远程I/O模块。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:U463.51;U467

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【参考文献】
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