汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)樣本

摘要汽車傳動(dòng)系作為汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中核心部件，重要由發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)橋構(gòu)成。為保證汽車安全行駛，必要對(duì)汽車傳動(dòng)系零部件沖擊性能指標(biāo)進(jìn)行全面檢測(cè)。汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)意義，在于全面、精確地測(cè)試傳動(dòng)系總成零件耐沖擊性及其有關(guān)特性，為駕駛員安全提供保障，為生產(chǎn)廠家提高產(chǎn)品質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)中一方面對(duì)汽車傳動(dòng)系載荷進(jìn)行分析，擬定影響汽車傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)沖擊載荷重要因素，結(jié)合突然接合離合器起步和不分離離合器緊急制動(dòng)兩個(gè)典型工況分析傳動(dòng)系沖擊載荷狀況。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)模仿典型工況及傳動(dòng)系構(gòu)造分析，擬定實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械構(gòu)造，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用PC+數(shù)據(jù)采集卡+PLC聯(lián)合控制方式。PC作為上位機(jī)，PLC作為下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)動(dòng)作控制、監(jiān)控和數(shù)據(jù)解決。通過度析實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)各構(gòu)成環(huán)節(jié)，建立了控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了性能分析。將模糊控制與PID控制結(jié)合起來，提出了一種基于模糊參數(shù)自整定PID控制算法。仿真分析表白，設(shè)計(jì)辦法相對(duì)于老式PID法響應(yīng)速度快，穩(wěn)態(tài)精度和跟隨精度高，有較好魯棒性?；贚abVIEW技術(shù)，設(shè)計(jì)了雙閉環(huán)汽車傳動(dòng)系沖擊性能檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)解決、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能。實(shí)驗(yàn)成果表白，控制與檢測(cè)系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)規(guī)定。核心詞：傳動(dòng)系；沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)；控制系統(tǒng)；PID控制；LabVIEWAbstractAutomobilepowertrainistheimportantcomponentofautomobiledynamictransmissionautomobilepower-transmissionsystem，includingengine、clutch、transmission、transmissionshaftanddriveaxle.Inordertoensurethesecurityofautomobiledriving，itisimportanttotesttheimpactingdurabilityperformanceindexofautomobilepowertraincomponents.Theautomobilepowertrainimpactingperformancetestrigdurabilitytestrigisthetestequipmenttotestpowertrainperformance，whichcancomprehensivelyandexactlytesttheimpactingperformanceandrelativecharacteristicofpowertraincomponents，whichprovidesecurityforthedriverandimproveproductqualityformanufacturers.Inordertostimulaterealrunningconditionsofautomobilepowertrain，F(xiàn)irstlytheloadcharacteristicofautopowertrainisanalyzed.Confirmingmajorfactorseffectedimpactingtorqueofautomobilepowertrainarerunningconditionsofsuddenjointingclutchstartandnoseparatingclutchemergencybrake.Throughthetest-bedtosimulatetheworkingconditionsandtheofpowertrainstructureanalysis，todeterminethemechanicalstructureoftheprinciple，andtestcontrolsystemcomponentsrequiredtocontrolworkpiece.Thecontrollingandtestingsystemcontrolthetestrigbypersonalcomputerallyingwithdatacollectionboardandprogramlogicalcontroller.PCisashostcomputer，andPLCisasslavesystem.Ithasachievedtheactioncontrolling，monitoringanddatadealing.Throughanalyzingallpartsoftestrigcontrollingsystem，mathematicalmodelsofcontrollingsystemarebuilt.BasedonPIDcontrollingcan’tsatisfytherequestofcontrolling，inordertoadapttestrig’inertiaqualitysystemandtestenvironmentchanges，anewalgorithmbasedonaparameterself-adjustingfuzzyPIDisprovided.Theresultsofsimulatingareprovedthatthenewalgorithmhasquicklyspeedresponse，highsteady-stateaccuracyandhightrackaccuracytotraditionalPIDmethod.Ithasgoodrobusttomodelparameterchanging.ThesoftwareofthesystemoftestrigisbuiltonthebaseofLabVIEW.Thedataiscollectedandanalyzedbythesoftware.Itfinishedthedatacollectinganddealing.Andtheman-machinewasbuilt.Theresultisprovedthattheperformanceindexofcontrollingsystemachievestotestrigdesigningdemand.Keyword：Powertrain；Impactpropertiestestrig；ControlSystem；PIDcontrol；LabVIEW

目錄摘要 IAbstract II1緒論 11.1開發(fā)汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)重要意義 11.2國(guó)內(nèi)外汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)開發(fā)現(xiàn)狀及技術(shù)水平 11.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 21.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 21.3本論文重要設(shè)計(jì)內(nèi)容 21.4技術(shù)指標(biāo) 22汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作原理及總體設(shè)計(jì) 42.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本構(gòu)造原理 42.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體設(shè)計(jì) 42.2.1設(shè)計(jì)過程中需要解決問題 42.2.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械構(gòu)造某些整體設(shè)計(jì) 42.2.3實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)某些整體設(shè)計(jì) 53實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械構(gòu)造某些設(shè)計(jì) 63.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)過程 63.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械某些使用規(guī)定 63.3實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械構(gòu)造某些設(shè)計(jì) 63.3.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械構(gòu)造某些方案擬定及構(gòu)成 73.3.2動(dòng)力某些 73.3.3慣性飛輪組某些 93.3.4扭矩傳感器某些 113.3.5聯(lián)軸器某些 113.3.6驅(qū)動(dòng)橋支撐和調(diào)節(jié)構(gòu)造 114汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 134.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)過程分析 134.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)及其功能 134.3實(shí)驗(yàn)臺(tái)在兩種工況下控制系統(tǒng)過程分析 144.3.1突然接合離合器工況控制過程分析 144.3.2緊急制動(dòng)工況下控制過程分析 154.4可編程控制概述 154.4.1可編程控制器產(chǎn)生與發(fā)展 154.4.2可編程控制器定義 174.4.3可編程控制器特點(diǎn) 174.4.4可編程控制器應(yīng)用 184.4.5可編程控制器構(gòu)成 184.5實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)重要硬件選用 204.5.1直流調(diào)速系統(tǒng)選取 204.5.2PLC選用及其開關(guān)量控制 204.5.3工業(yè)控制計(jì)算（PC）選取 214.5.4數(shù)據(jù)采集卡 214.5.5傳感器 224.5.6系統(tǒng)軟件 225實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)建模及性能分析 245.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)建模 245.1.1直流電動(dòng)機(jī)與慣性飛輪組系統(tǒng) 245.1.2可控硅整流裝置 285.1.3速度控制器和電流控制器建模 295.1.4電流、轉(zhuǎn)速PID雙閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)分析 345.2電流控制器、轉(zhuǎn)速控制器系統(tǒng)在Simulink環(huán)境下性能仿真分析 366系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 406.1LabVIEW簡(jiǎn)介 406.2軟件開發(fā)體系與構(gòu)造 406.3操作系統(tǒng)人機(jī)界面 456.4實(shí)驗(yàn)成果 47結(jié)論 49致謝 50參照文獻(xiàn) 511緒論傳動(dòng)系作為汽車動(dòng)力系統(tǒng)中一種核心部件，將電動(dòng)機(jī)發(fā)出動(dòng)力傳遞給車輪，從而使汽車啟動(dòng)行駛。在驅(qū)動(dòng)過程中，高速旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)突然接合離合器起步及突發(fā)緊急制動(dòng)等工況，都會(huì)對(duì)傳動(dòng)系產(chǎn)生很大沖擊扭矩，對(duì)其中部件產(chǎn)生巨大影響。另一方面，當(dāng)代汽車技術(shù)成熟帶動(dòng)傳動(dòng)系構(gòu)造變得日益復(fù)雜，對(duì)傳動(dòng)系沖擊性能也有了越來越高規(guī)定。因此，研發(fā)出高精度、自動(dòng)化限度高汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)具備遼闊應(yīng)用前景。1.1開發(fā)汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)重要意義汽車傳動(dòng)系是將發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出動(dòng)力傳遞到驅(qū)動(dòng)車輪裝置。傳動(dòng)系具備減速、變速、倒車、中斷動(dòng)力、輪間差速和軸間差速等功能，與發(fā)動(dòng)機(jī)配合工作，能保證汽車在各種工況條件下正常行駛，并具備良好動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。但在實(shí)際應(yīng)用中由于傳動(dòng)系質(zhì)量但是關(guān)而導(dǎo)致故障時(shí)有發(fā)生，例如半軸、驅(qū)動(dòng)橋斷裂等。這就為汽車安全行駛帶來了諸多隱患，而汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)就可對(duì)這些易于發(fā)生損壞零部件進(jìn)行檢測(cè)，并研究其可靠性。開發(fā)汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)，可以在室內(nèi)專門進(jìn)行汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)分析考察大沖擊扭矩對(duì)傳動(dòng)系零部件疲勞破壞“貢獻(xiàn)”，并可以與傳動(dòng)系常規(guī)壽命實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，全面地分析汽車傳動(dòng)系上扭轉(zhuǎn)載荷[1]。汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)屬于強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)[2]。在新產(chǎn)品開發(fā)過程中，它可以迅速發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)系薄弱環(huán)節(jié)，暴露傳動(dòng)系初期失效，將實(shí)驗(yàn)信息及時(shí)地反饋給設(shè)計(jì)等關(guān)于部門，及時(shí)更改，減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短開發(fā)周期。依照國(guó)外使用經(jīng)驗(yàn)，汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)時(shí)間要比普通壽命實(shí)驗(yàn)短得多。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)，可以對(duì)同一型號(hào)不同供應(yīng)商傳動(dòng)系、總成或零部件等沖擊性能進(jìn)行對(duì)比，迅速地得出實(shí)驗(yàn)成果，便于公司做出生產(chǎn)決策。在國(guó)內(nèi)沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用也越來越多，但對(duì)此項(xiàng)目研究還處在發(fā)展階段，技術(shù)水平與國(guó)外尚有很大差距。而國(guó)外對(duì)于國(guó)內(nèi)技術(shù)轉(zhuǎn)讓存在壁壘，且國(guó)外實(shí)驗(yàn)臺(tái)價(jià)格十分昂貴[2]，因此就急需咱們研究出具備自主產(chǎn)權(quán)高水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)。1.2國(guó)內(nèi)外汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)開發(fā)現(xiàn)狀及技術(shù)水平隨著科技日益發(fā)展，世界經(jīng)濟(jì)全球化，制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈。制造業(yè)發(fā)展水平也是一種國(guó)家工業(yè)當(dāng)代化和國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力標(biāo)桿，而汽車行業(yè)又最能體現(xiàn)制造業(yè)發(fā)展水平。因而汽車行業(yè)發(fā)展對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力提高有很大作用。而汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)式對(duì)汽車性能檢測(cè)中一種重要構(gòu)成某些，在國(guó)內(nèi)外許多公司、科研機(jī)構(gòu)、大專院校都對(duì)此展開了進(jìn)一步研究。1.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)起步比較晚，并且初期發(fā)展緩慢，在改革開放之后才進(jìn)入飛快發(fā)展階段，大小汽車公司浮現(xiàn)了許多，但真正具備核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)很少，隨著國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)發(fā)展，國(guó)內(nèi)汽車檢測(cè)技術(shù)也有了很大發(fā)展，在傳動(dòng)系零部件檢測(cè)方面，國(guó)內(nèi)許多大學(xué)和公司也相繼研制出了某些列離合器測(cè)試機(jī)，技術(shù)領(lǐng)先單位重要由：重慶大學(xué)，東南大學(xué)，長(zhǎng)春中聯(lián)離合器實(shí)驗(yàn)設(shè)備研究所，黃石優(yōu)福利自動(dòng)化裝備有限責(zé)任公司等。在汽車傳動(dòng)系沖擊耐久性能檢測(cè)方面，查閱資料表白，國(guó)內(nèi)對(duì)于大沖擊扭矩載荷在汽車傳動(dòng)系沖擊耐久性能檢測(cè)方面研究很少，沒有看到關(guān)于開發(fā)雷斯是煙臺(tái)信息，汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)開發(fā)還是空白。1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀世界上某些發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)相稱發(fā)達(dá)，汽車產(chǎn)業(yè)也相對(duì)發(fā)達(dá)和成熟，一種重要因素就是擁有相稱先進(jìn)產(chǎn)品檢測(cè)手段及控制手段。如日本AUTOMAX公司曾為日產(chǎn)柴開發(fā)過該類型實(shí)驗(yàn)臺(tái)，美國(guó)福特車橋?qū)嶒?yàn)辦法包括汽車傳動(dòng)系沖擊耐久實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)已經(jīng)是慣用設(shè)備。在這些發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用已經(jīng)很普遍，技術(shù)水平也相對(duì)成熟。并且檢測(cè)精度也相對(duì)較高。1.3本論文重要設(shè)計(jì)內(nèi)容論文課題需要解決核心技術(shù)問題是：如何解決模仿汽車傳動(dòng)系實(shí)際工況，開發(fā)高精度、高可靠性、高效傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為此，本文在如下幾種方面進(jìn)行研究：（1）對(duì)論文課題工程背景和國(guó)內(nèi)汽車傳動(dòng)系沖擊性能測(cè)試設(shè)備研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行資料收集和進(jìn)一步研究，擬定論文課題重要設(shè)計(jì)工作；（2）對(duì)汽車傳動(dòng)系實(shí)驗(yàn)臺(tái)原理陳訴及實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)；（3）考慮實(shí)驗(yàn)臺(tái)適應(yīng)不同型號(hào)輕、中、重型汽車傳動(dòng)系需要，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)架及機(jī)械傳動(dòng)某些，實(shí)現(xiàn)對(duì)典型工況模仿。減化、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)辦法，提高了實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)效率，為高精度、高可靠性、高效實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制與檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)打下了基本；（4）實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制與檢測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)；（5）通過度析實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)各構(gòu)成環(huán)節(jié)，建立了系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制性能仿真分析，研究系統(tǒng)控制存在重要問題；（6）汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。1.4技術(shù)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)臺(tái)要可以模仿突然接合離合器起步工況和不分離離合器緊急制動(dòng)工況。還要具備自動(dòng)和手動(dòng)兩種運(yùn)營(yíng)方式。實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)兩種工況可以隨意選取，離合器、制動(dòng)鼓和制動(dòng)盤等均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。實(shí)驗(yàn)臺(tái)在實(shí)驗(yàn)過程中具備安全保護(hù)和報(bào)警功能。重要技術(shù)參數(shù)1變速器輸入轉(zhuǎn)速控制范疇及精度0～±5000rpm；±5rpm.。2變速器輸入端扭矩范疇及精度0～±10000N·m；±1%F·S。3驅(qū)動(dòng)橋輸入端扭矩范疇及精度0～±50000N·m；±1%F·S。4油溫測(cè)量范疇及精度0～150℃；±5℃。

2汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作原理及總體設(shè)計(jì)2.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本構(gòu)造原理汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作原理示意圖如圖2-1所示，是由代用離合器和代用變速器代替實(shí)際離合器和變速器，由慣性飛輪組模仿所測(cè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。這些模仿方式與實(shí)際車輛運(yùn)營(yíng)方式是有所差別，因此就需要依托代用離合器、代用變速器和控制系統(tǒng)恰當(dāng)控制和調(diào)節(jié)，最后達(dá)到抱負(fù)模仿狀態(tài)。1-電機(jī)2-皮帶3-慣性飛輪組4-扭矩傳感器5-離合器6-變速器7-傳動(dòng)軸8-驅(qū)動(dòng)橋9-支架圖2-1汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作原理示意圖2.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)2.2.1設(shè)計(jì)過程中需要解決問題1.模仿真實(shí)汽車工況起動(dòng)工況過程，由于不同類型汽車起動(dòng)力矩差別很大，因此在工藝上很難實(shí)現(xiàn)；2.智能化測(cè)試過程中，擬合曲線計(jì)算及保證明時(shí)鑒別測(cè)試成果；3.在檢測(cè)過程中既要保證檢測(cè)精度又要縮短檢測(cè)時(shí)間；4.Windows操作系統(tǒng)下實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)；5.通過度析實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)各構(gòu)成環(huán)節(jié),建立了系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,采用MATLAB對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制性能仿真分析；6.傳感器選取及傳感器安裝位置擬定。2.2.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械構(gòu)造某些整體設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)此類實(shí)驗(yàn)臺(tái)大某些為機(jī)械封閉式，這種實(shí)驗(yàn)臺(tái)有如下局限性之處：①機(jī)械構(gòu)造復(fù)雜,易引起各種有害震動(dòng)。②僅能做定轉(zhuǎn)速、定扭矩排擋循環(huán)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成果與實(shí)際路試有很大差別。③其試件必要有一種主試，而另一種陪試。當(dāng)前，總成實(shí)驗(yàn)已經(jīng)裁減了這種老式實(shí)驗(yàn)臺(tái)。而本次所要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在檢測(cè)工件之間，可以任意模仿工況，可施加各種規(guī)定扭矩，具備一定修正作用，在通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制伺服電機(jī)帶動(dòng)慣性輪轉(zhuǎn)動(dòng)，模仿發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，傳遞給離合器和變速器，再通過控制系統(tǒng)控制滿足所需要工況。2.2.3實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)某些整體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制方案設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)臺(tái)開發(fā)重要內(nèi)容，由于它將直接影響實(shí)驗(yàn)精度、成果可信度以及實(shí)驗(yàn)時(shí)間和成本。實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制方案設(shè)計(jì)遵循原則是：合理簡(jiǎn)化汽車傳動(dòng)系復(fù)雜使用工況，在保證明驗(yàn)精度同步，減少測(cè)控系統(tǒng)開發(fā)成本，具備完善安全防護(hù)功能。實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)過程是制定實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制方案基本，如何在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上用盡量簡(jiǎn)化辦法，模仿汽車傳動(dòng)系實(shí)際使用工況，是實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)開發(fā)過程中需要一方面解決問題。汽車傳動(dòng)系實(shí)際使用工況復(fù)雜，并存在許多隨機(jī)因素。例如，在突然接合離合器加速起步工況下，真實(shí)駕駛中，駕駛員會(huì)在一檔和二檔或其她檔位上經(jīng)常變換。要在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上完全模仿真實(shí)狀況，會(huì)使實(shí)驗(yàn)操作和控制過程變得非常繁瑣，影響工作效率?？刂葡到y(tǒng)式實(shí)驗(yàn)臺(tái)開發(fā)核心技術(shù)之一，實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制方案直接影響實(shí)驗(yàn)臺(tái)精度。如何在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上用盡量簡(jiǎn)化辦法，模仿與控制汽車傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)沖擊耐久實(shí)驗(yàn)工況，提出實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)原理，設(shè)計(jì)和選用控制系統(tǒng)重要硬件，分析硬件之間通訊方式，開發(fā)控制系統(tǒng)軟件，直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定控制功能。并且，進(jìn)一步探討實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)開發(fā)，不但可以完畢預(yù)定實(shí)驗(yàn)工況，提高實(shí)驗(yàn)成果可信度，還可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械構(gòu)造某些設(shè)計(jì)傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)是一種涉及到機(jī)械及動(dòng)力傳播、控制、計(jì)算機(jī)編程、通信和數(shù)據(jù)采集與傳播復(fù)雜實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在室內(nèi)模仿汽車傳動(dòng)系前述兩個(gè)沖擊下使用工況。實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)式實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本，實(shí)驗(yàn)臺(tái)動(dòng)作最后要由機(jī)械系統(tǒng)加到被試汽車傳動(dòng)系。3.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)過程在此，選取緊急制動(dòng)工況實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行簡(jiǎn)要闡明。控制系統(tǒng)發(fā)出指令，電動(dòng)機(jī)通電開始工作，由電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)，將動(dòng)力傳遞到模仿發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)慣量某些慣性軸，慣性軸上安裝有慣性盤。實(shí)驗(yàn)開始之前，已經(jīng)依照與被試傳動(dòng)系相匹配發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，選取好該次實(shí)驗(yàn)慣性盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速時(shí)，控制系統(tǒng)使電動(dòng)機(jī)斷電，2秒鐘后，控制系統(tǒng)發(fā)出指令給制動(dòng)處電磁閥、離合器通電接通制動(dòng)壓縮空氣，制動(dòng)鼓作用，使驅(qū)動(dòng)輪抱死，在慣性飛輪組某些、離合器積極某些及離合器后傳動(dòng)系自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量慣性力作用下，在被試汽車傳動(dòng)系中產(chǎn)生一種很大沖擊扭矩。安裝在離合器前端扭矩傳感器測(cè)量出整個(gè)扭矩-時(shí)間過程信號(hào)，特別是捕獲到峰值轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并將扭矩-時(shí)間信號(hào)通過解決傳遞到工控機(jī)上，以曲線形式實(shí)時(shí)地輸出實(shí)驗(yàn)信號(hào)（轉(zhuǎn)速、扭矩等）。3.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械某些使用規(guī)定從上述實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)樸論述可以看出,實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械某些[3]是實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本需要滿足下面使用規(guī)定：（1）模仿與被試傳動(dòng)系相匹配發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)速，并直接作用于被試汽車底盤傳動(dòng)系，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)當(dāng)可以依照實(shí)驗(yàn)規(guī)定，在實(shí)驗(yàn)邁進(jìn)行調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速則在每次沖擊實(shí)驗(yàn)中可以調(diào)節(jié)；（2）動(dòng)力某些要提供可靠動(dòng)力源，功率要滿足實(shí)驗(yàn)臺(tái)開發(fā)任務(wù)書中規(guī)定，使傳動(dòng)系轉(zhuǎn)速可以在90秒內(nèi)達(dá)到規(guī)定值，轉(zhuǎn)速能依照實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，并有良好制動(dòng)控制；（3）變速器和驅(qū)動(dòng)橋在實(shí)驗(yàn)過程中潤(rùn)滑油溫度要與實(shí)際車輛運(yùn)營(yíng)時(shí)相近，不能浮現(xiàn)潤(rùn)滑油溫度過高，使變速器和驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)零部件潤(rùn)滑條件變得惡劣，導(dǎo)致零部件初期損壞，而不能對(duì)的反映實(shí)際使用中沖擊載荷對(duì)傳動(dòng)系導(dǎo)致?lián)p傷現(xiàn)象；（4）要適應(yīng)輕、中、重型車實(shí)驗(yàn)規(guī)定，保證明驗(yàn)精度，使實(shí)驗(yàn)臺(tái)平穩(wěn)可靠運(yùn)營(yíng)。3.3實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械構(gòu)造某些設(shè)計(jì)3.3.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械構(gòu)造某些方案擬定及構(gòu)成通過各種方案分析、論證與設(shè)計(jì)，最后擬定了實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械某些方案，并且繪制出了機(jī)械某些原理圖。機(jī)械某些如圖所示，它由如下六某些構(gòu)成：（1）動(dòng)力某些：由電動(dòng)機(jī)1、電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器2、電動(dòng)機(jī)皮帶3和電動(dòng)機(jī)皮帶輪4構(gòu)成；（2）慣性飛輪組某些：由慣性軸帶輪5和慣性軸及慣性盤6構(gòu)成；（3）扭矩傳動(dòng)器某些：由扭矩傳動(dòng)器8和扭矩傳感器聯(lián)軸器9構(gòu)成；（4）聯(lián)軸器和變速器支撐構(gòu)造：由構(gòu)成聯(lián)軸器和變速器支撐機(jī)構(gòu)10、離合器11和變速器12；（5）驅(qū)動(dòng)橋支撐和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：由主減速器外殼支撐和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)14和驅(qū)動(dòng)橋支撐機(jī)構(gòu)15構(gòu)成；（6）底座及旋轉(zhuǎn)件安全防護(hù)裝置：由扭矩傳感器防護(hù)罩7和傳動(dòng)軸及防護(hù)罩13構(gòu)成。除此之外，實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)尚有某些輔助裝置，不再贅述。3.3.2動(dòng)力某些動(dòng)力某些[4]涉及：電動(dòng)機(jī)及其調(diào)速裝置等有關(guān)設(shè)備、電動(dòng)機(jī)皮帶輪、傳送帶、聯(lián)軸器、電動(dòng)機(jī)機(jī)座及其位置調(diào)節(jié)裝置等。從實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)動(dòng)力規(guī)定可以看出，選取直流電動(dòng)機(jī)比較好，由于直流電動(dòng)機(jī)具備大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，調(diào)速性能好，符合實(shí)驗(yàn)臺(tái)動(dòng)力需求。在選取擬定直流電動(dòng)機(jī)后，接下來要擬定電動(dòng)機(jī)功率，依照實(shí)驗(yàn)臺(tái)開發(fā)任務(wù)書中規(guī)定，在90秒內(nèi)能使實(shí)驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速達(dá)到5000rpm。擬定直流電動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速核心在于兩個(gè)方面：一是實(shí)驗(yàn)工況，二是被試汽車傳動(dòng)系轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及與其相匹配發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)烧咧痛笮?。?shí)驗(yàn)室目的轉(zhuǎn)速直接影響電動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速選用。同步，實(shí)驗(yàn)時(shí)變速器處在不同檔位時(shí)，變速器輸出端后轉(zhuǎn)速不同。如果將實(shí)驗(yàn)臺(tái)和被試傳動(dòng)系轉(zhuǎn)動(dòng)慣量都換算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上，那么變速器檔位越高，換算后轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就越大，達(dá)到同一電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)功率需求就越大。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)所模仿兩個(gè)工況中，突然接合離合器起步工況，被試傳動(dòng)系除了離合器積極某些外，被試傳動(dòng)系其她旋轉(zhuǎn)某些都處在靜止?fàn)顟B(tài)，顯然旋轉(zhuǎn)質(zhì)量要比緊急制動(dòng)工況少得多，電動(dòng)機(jī)輸出功率相對(duì)也少。圖3-1機(jī)械系統(tǒng)裝配圖發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化范疇很大，就實(shí)驗(yàn)臺(tái)所模仿兩個(gè)工況中，發(fā)動(dòng)機(jī)原本處在一種高轉(zhuǎn)速范疇，依照工程實(shí)踐，選用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為3000rpm。依照以上分析，最后擬定使用由西安西瑪機(jī)電有限公司提供Z4-160-32她勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。電機(jī)重要參數(shù)是：=55KW、=400V、=3010r/m、R=0.0434Ω、=151A、η=0.87、=0.88kg·、L=1.52×。該直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，具備較高動(dòng)態(tài)性能，并能承受較高負(fù)載變化率。在電動(dòng)機(jī)上還裝有測(cè)速發(fā)動(dòng)機(jī)，用來測(cè)量電動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)速度。與該電機(jī)配套使用直流調(diào)速裝置，選用siemens6RA70全數(shù)字直流調(diào)速裝置。該裝置具備性能可靠，操作舒服和運(yùn)營(yíng)平穩(wěn)等長(zhǎng)處，關(guān)于直流調(diào)速等控制某些，將在后來章節(jié)中詳細(xì)闡明。電動(dòng)機(jī)機(jī)座調(diào)節(jié)是靠?jī)蓚€(gè)調(diào)節(jié)螺栓，螺栓旋入和旋出可以使電動(dòng)機(jī)在機(jī)座上沿著垂直于慣性軸方向來回移動(dòng)，以調(diào)解皮帶張緊力。3.3.3慣性飛輪組某些慣性飛輪組重要涉及：慣性軸皮帶輪、慣性軸、慣性軸兩個(gè)支架、四個(gè)慣性盤、慣性盤安裝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、四個(gè)慣性軸軸承、制動(dòng)鉗盤機(jī)構(gòu)等，如圖3-2所示。1-皮帶輪2-軸承蓋（2個(gè)）3-慣性盤A4-慣性盤B5-慣性盤C6-慣性盤D7-制動(dòng)盤8-制動(dòng)盤支架圖3-2慣性飛輪組某些裝配圖慣性飛輪組重要功能是模仿發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并將動(dòng)力經(jīng)由扭矩傳感器傳遞給被試汽車傳動(dòng)系。由于發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)不同，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化較大，為了適應(yīng)這種變化，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)開發(fā)過程中，設(shè)計(jì)了四個(gè)慣性盤：慣性盤A。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.1kg·m2；慣性盤B，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.2kg·m2；慣性盤C轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.2kg·m2；慣性盤B，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.2kg·m2；慣性盤D，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.5kg·m2。從圖3-2可以看出，慣性盤從左到右按照慣性盤A、慣性盤B、慣性盤C和慣性盤D順序排列，慣性盤B與慣性軸上法蘭盤固連在一起，其她三個(gè)為可移動(dòng)慣性盤，實(shí)驗(yàn)前分別通過螺栓安裝在慣性軸支座上。三個(gè)可移動(dòng)慣性盤A、C、D，通過螺栓可以與慣性盤B連接，從而可以使連接后慣性盤總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有：0.2、0.4、0.5、0.7、0.9、1.0六個(gè)值（單位:kg·m2）從最小值0.2kg·m2到最大值1.0kg·m2。六個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量間隔也比較均勻，便于在實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以依照與被使汽車傳動(dòng)系相匹配發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，進(jìn)行恰當(dāng)選用。為了安裝以便可移動(dòng)慣性盤A、C、D，設(shè)計(jì)了專門安裝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。在A、C、D三個(gè)慣性盤外緣上，開了一種環(huán)形槽，使安裝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上四個(gè)小輪可以講慣性盤托起，順利地安裝在慣性盤B上。1-慣性盤2-支撐滾輪（4個(gè)）3-支撐臂（2個(gè)）4-絲杠手輪（3個(gè)）圖3-3慣性盤安裝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)慣性軸支架固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座上，在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮兩個(gè)支架要穩(wěn)定和可靠支持其上高速旋轉(zhuǎn)慣性軸規(guī)定。慣性盤安裝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如圖3-3所示。由于實(shí)驗(yàn)前A、C、D三個(gè)慣性盤都連接在慣性軸支架上，在擬定實(shí)驗(yàn)所需要轉(zhuǎn)動(dòng)慣量后，為了將慣性盤平穩(wěn)順利與慣性盤B連接，專門設(shè)計(jì)了這套慣性盤安裝調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由一種半圓形構(gòu)造支持，上面四個(gè)小輪卡在慣性盤槽內(nèi)，以穩(wěn)定地支撐慣性盤沿著慣性軸來回移動(dòng)。該機(jī)構(gòu)既可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠一起先后移動(dòng)，也可以左右移動(dòng)，托著慣性盤，使操作者可以很容易地將慣性盤固定在慣性盤B或慣性軸支架上。制動(dòng)盤機(jī)構(gòu)由制動(dòng)盤、制動(dòng)鉗和制動(dòng)鉗支架構(gòu)成。制動(dòng)盤安裝在慣性軸末端，與慣性軸通過鍵連接，在制動(dòng)盤兩側(cè)，各有一種制動(dòng)鉗，制動(dòng)鉗采用某車型實(shí)車制動(dòng)鉗，安裝在制動(dòng)鉗支架上。在一次實(shí)驗(yàn)過程中，運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)浮現(xiàn)緊急故障時(shí)，如轉(zhuǎn)速嚴(yán)重超過目的轉(zhuǎn)速，是實(shí)驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)傳感器測(cè)量到振動(dòng)超過限定值，實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)就給控制制動(dòng)鉗壓縮空氣電磁閥通電，制動(dòng)鉗動(dòng)作，時(shí)高轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)臺(tái)迅速停下來，避免發(fā)生意外。由于慣性飛輪組在實(shí)驗(yàn)過程經(jīng)常在高轉(zhuǎn)速下工作，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，為了保證明驗(yàn)臺(tái)在工作時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，提高實(shí)驗(yàn)臺(tái)自身壽命，避免由于慣性飛輪組某些不平衡質(zhì)量產(chǎn)生過大附加力矩，在加工后，要對(duì)慣性飛輪組某些做動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。3.3.4扭矩傳感器某些扭矩傳感器某些由扭矩傳感器及其支架、傳感器兩端聯(lián)軸器構(gòu)成。扭矩傳感器是測(cè)量某些核心，它兩端，都通過聯(lián)軸器連接，前端與慣性軸相連接，后端與連接軸相連。1-連接軸支架2-連接軸3-連接周蓋4-左連接法蘭5-右連接法蘭6-變速器支撐架7-離合器殼連接盤8-離合器支撐架調(diào)節(jié)絲杠圖3-4連接軸與變速器支撐機(jī)構(gòu)3.3.5聯(lián)軸器某些圖3-4所示是連接軸[6]和變速器支撐機(jī)構(gòu)，重要由連接軸、左右連接法蘭、變速器支撐架和離合器連接盤構(gòu)成。連接軸是實(shí)驗(yàn)臺(tái)將動(dòng)力傳遞給被試汽車傳動(dòng)系連接機(jī)構(gòu)。對(duì)該某些設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮強(qiáng)度規(guī)定。由于各種離合器殼體前段尺寸不同，前端面與飛輪端面之間軸向尺寸也不同，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)解決這個(gè)問題。依照當(dāng)前最大離合器殼體數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了變速器支撐架輪廓尺寸、離合器連接盤尺寸可以依照詳細(xì)離合器殼端面螺栓口尺寸來擬定。連接盤上可以由常用離合器殼連接尺寸，做出幾組連接螺紋孔。變速器支撐架可以通過轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠而先后移動(dòng)，以便使左右法蘭連接順利。3.3.6驅(qū)動(dòng)橋支撐和調(diào)節(jié)構(gòu)造如圖3-5所示，驅(qū)動(dòng)橋支撐和調(diào)節(jié)構(gòu)造重要由后橋兩端支架(2個(gè))、后橋中間支架（2個(gè)）、主加速器外殼支架及這5個(gè)支架調(diào)節(jié)絲杠構(gòu)成。1-后橋兩端支架2-后橋中間支架3-主加速器外殼箍緊帶4-主加速器外殼支架5-絲杠（5個(gè)）6-底座圖3-5驅(qū)動(dòng)橋支撐和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)此處省略

NNNNNNNNNNNN字。如需要完整闡明書和設(shè)計(jì)圖紙等.請(qǐng)聯(lián)系

扣扣：九七一九二零八零零另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過答辯實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)會(huì)產(chǎn)生很大沖擊力。因而，各支撐架應(yīng)將驅(qū)動(dòng)橋可靠地固定在底座上。同步，由于不同車型變速器和驅(qū)動(dòng)橋縱向尺寸不同，所選用傳動(dòng)軸也有差別，為了保證順利連接，轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)支架絲杠可以使支架先后移動(dòng)，以彌補(bǔ)在選定傳動(dòng)軸后驅(qū)動(dòng)橋和變速器之間尺寸局限性或過大問題。

4汽車傳動(dòng)系沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)過程分析實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)過程是實(shí)現(xiàn)汽車兩種工況，一類為突然接合離合器工況，表達(dá)在坡道起步、加速換擋、在泥濘道路上滿載起步或車輪下陷等狀況導(dǎo)致汽車不能用正常方式起步，而在發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到很高轉(zhuǎn)速下，突然接合離合器使汽車起步工況；另一類是緊急制動(dòng)工況，表達(dá)在緊急狀況下，駕駛員來不及踏下離合器踏板而進(jìn)行制動(dòng)工況。而在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，控制系統(tǒng)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行全程控制，對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)器件進(jìn)行控制，完畢一系列模仿工況[7]操作。采集傳感器數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳播，傳播到工控機(jī)上。工控機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)解決中心，可以提供良好人機(jī)界面，輸入和儲(chǔ)存被試汽車傳動(dòng)系測(cè)試數(shù)據(jù)，編寫和儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)程序加載譜。每次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，工控機(jī)讀取程序加載譜，給出每次實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐ぞ刂?。工控機(jī)還通過與直流調(diào)速系統(tǒng)及PLC間通信，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。將實(shí)驗(yàn)成果（數(shù)據(jù)-扭矩傳感器扭矩信號(hào)，轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)速信號(hào)等）顯示在工控機(jī)人機(jī)界面上，并將實(shí)驗(yàn)成果以曲線形式實(shí)時(shí)輸出。在實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)工控機(jī)收到振動(dòng)傳感器振動(dòng)信號(hào)超過限定值時(shí)，工控機(jī)將信息傳播給PLC，PLC控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)停止工作，直到排除故障之后繼續(xù)工作。PLC重要功能是對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)化控制。通過與工控機(jī)之間通信，控制直流調(diào)速系統(tǒng)、離合器、鼓式制動(dòng)鼓和制動(dòng)盤出電磁閥，時(shí)這些設(shè)備按照實(shí)驗(yàn)規(guī)定實(shí)時(shí)進(jìn)行工作。同步，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)防護(hù)罩接合部位接觸式行程開關(guān)沒有接觸，或者驅(qū)動(dòng)橋和變速器出油溫超過限定值時(shí)，就會(huì)給PLC一種開關(guān)信號(hào)，自動(dòng)地停止實(shí)驗(yàn)，直到故障得以解決。實(shí)驗(yàn)臺(tái)共有三個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器，分別安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)前端、離合器輸入端、變速器輸出端。在直流電動(dòng)機(jī)前端轉(zhuǎn)速傳感器是發(fā)電式傳感器，是直流調(diào)速器、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)外環(huán)中重要環(huán)節(jié)。PLC通過控制柜中繼電器等電器，控制直流調(diào)速電機(jī)、離合器、制動(dòng)器和制動(dòng)盤等器件。直流調(diào)速器給直流電動(dòng)機(jī)供電，并可以在工控機(jī)和PLC共同控制下實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。4.2實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)機(jī)構(gòu)及其功能蜂鳴器被測(cè)件信息轉(zhuǎn)速傳感器1蜂鳴器被測(cè)件信息轉(zhuǎn)速傳感器1轉(zhuǎn)速傳感器2扭矩信號(hào)振動(dòng)信號(hào)PCPLC聲光警告顯示屏打印機(jī)故障解除開關(guān)行程開關(guān)油溫信號(hào)1油溫信號(hào)2轉(zhuǎn)速傳感器直流電機(jī)直流調(diào)速器控制柜內(nèi)各用電器相應(yīng)繼電器離合器電磁閥油泵電機(jī)制動(dòng)盤油泵電機(jī)鼓式制動(dòng)器電磁閥圖4-1實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)構(gòu)造原理圖如上圖4-1所示，工控機(jī)（PC）和PLC事控制系統(tǒng)核心。4.3實(shí)驗(yàn)臺(tái)在兩種工況下控制系統(tǒng)過程分析4.3.1突然接合離合器工況控制過程分析在突然接合離合器[8]起步工況，實(shí)驗(yàn)開始前，將被試汽車傳動(dòng)系有關(guān)信息輸入到PC中，如變速器檔位和主減速器傳動(dòng)比、發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。將這些信息作為輸入重要因素是，傳感器測(cè)量只是離合器輸入端扭矩——時(shí)間歷程，變速器處在不同檔位時(shí)，輸出端扭矩峰值就不同，對(duì)變速器背面?zhèn)鲃?dòng)系影響就不同，同樣，主減速器傳動(dòng)比直接影響半軸上扭矩峰值。實(shí)驗(yàn)過程時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，電動(dòng)機(jī)通電開始工作，同步，電動(dòng)上轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速信號(hào)回饋給直流調(diào)速裝置。安裝在離合器輸入端轉(zhuǎn)速傳感器將轉(zhuǎn)速信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)通過換算，認(rèn)定電動(dòng)機(jī)達(dá)到目轉(zhuǎn)速時(shí)，計(jì)算機(jī)控制程序發(fā)出對(duì)電動(dòng)機(jī)挺值得信號(hào)給控制系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)斷電，2秒鐘后，控制系統(tǒng)發(fā)出離合器助力器控制啟動(dòng)指令，離合器啟動(dòng)電磁閥動(dòng)作時(shí)離合器突然接合，在被試汽車傳動(dòng)系中產(chǎn)生大沖擊扭矩。串聯(lián)在被試傳動(dòng)系上扭矩傳感器測(cè)量整個(gè)過程中扭矩-時(shí)間歷程，通過采集卡及A/D轉(zhuǎn)換解決，將信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)，以曲線形式實(shí)時(shí)地輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)臺(tái)安裝控制裝置在數(shù)據(jù)超過限定值時(shí)，及時(shí)發(fā)出信號(hào)，使實(shí)驗(yàn)停止。當(dāng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)振動(dòng)傳感器檢測(cè)到振動(dòng)超過限定值時(shí)，就發(fā)出信號(hào)，停止下一次沖擊實(shí)驗(yàn)，變速器和后橋中油溫傳感器在監(jiān)測(cè)到油溫超過150℃時(shí)，即停止下一次實(shí)驗(yàn)，在終結(jié)實(shí)驗(yàn)同步，工控機(jī)發(fā)出信號(hào)給PLC，PLC控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)聲光報(bào)警系統(tǒng)開關(guān)閉合，發(fā)出警報(bào)，直到故障解決為止。4.3.2緊急制動(dòng)工況下控制過程分析在緊急制動(dòng)工況，控制系統(tǒng)發(fā)出指令，電動(dòng)機(jī)通電開始工作，由電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)，將動(dòng)力傳遞到模仿發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)慣量某些慣性軸，慣性軸上安裝有慣性盤。實(shí)驗(yàn)開始前，已經(jīng)依照與被試傳東西相匹配發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，選取好該次實(shí)驗(yàn)慣性盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速時(shí)，控制系統(tǒng)使電動(dòng)機(jī)斷電，2秒鐘后，控制系統(tǒng)發(fā)出指令給制動(dòng)鼓處電磁閥，電磁閥通電接通制動(dòng)壓縮空氣，制動(dòng)鼓作用，使驅(qū)動(dòng)輪抱死，在慣性飛輪組某些、離合器積極某些及離合器后傳動(dòng)系統(tǒng)自身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量慣性力作用下，在被試汽車傳動(dòng)系中產(chǎn)生一種很大沖擊扭矩。安裝在離合器前端得扭矩傳感器測(cè)量出整個(gè)扭矩-時(shí)間過程信號(hào)，特別是捕獲到峰值轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并將扭矩-時(shí)間信號(hào)通過解決到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上，以曲線形式實(shí)時(shí)地輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)速、扭矩等）。4.4可編程控制概述4.4.1可編程控制器產(chǎn)生與發(fā)展可編程控制器[4]式為了適應(yīng)工業(yè)控制需要，在老式控制手段基本上，借助于數(shù)字技術(shù)開發(fā)出來。可編程控制器產(chǎn)生初期工業(yè)控制中采用繼電器控制系統(tǒng)屬于固定界限邏輯控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)構(gòu)造隨功能不同而不同。系統(tǒng)中采用機(jī)械電氣式期間自身局限性影響了控制系統(tǒng)各種性能，無法適應(yīng)當(dāng)代工業(yè)發(fā)展需要。20世紀(jì)60年代，晶體管等悟出點(diǎn)期間應(yīng)用增進(jìn)了控制裝置小型化和可靠性提高。60年代中期，小型計(jì)算機(jī)被應(yīng)用到過程控制領(lǐng)域，大大提高了控制系統(tǒng)性能，但當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)價(jià)格昂貴，編程不以便，輸入/輸出信號(hào)與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不兼容，因而沒能在工業(yè)控制中得到推廣和應(yīng)用。20世紀(jì)60年代末期，美國(guó)通用公司（GenerralMotorsCorporation,GM）為了在激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中戰(zhàn)勝了對(duì)手，制定出各種、小批量、不斷推出新車型來吸引顧客戰(zhàn)略。但原油控制系統(tǒng)由繼電器和接觸器等構(gòu)成，靈活性差，不能滿足生產(chǎn)工業(yè)不斷更新需要。1968年，GM公司為了改造汽車生產(chǎn)設(shè)備控制方式，規(guī)定采用新型控制裝置取代老式繼電器控制裝置，提出了如下10條招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)：簡(jiǎn)樸以便，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；硬件維護(hù)簡(jiǎn)樸，采用模塊化設(shè)計(jì)；可靠性要高于繼電器控制系統(tǒng)；體積不大于繼電器控制系統(tǒng)；可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；成本可與繼電器控制系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)；輸入可以是交流115V；輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥和接觸器等；在進(jìn)行擴(kuò)展中，原有系統(tǒng)只需要很小改動(dòng)；顧客程序儲(chǔ)存器容量至少可擴(kuò)展到4KB。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DigitalEquipmentCorporation,DEC）開發(fā)出世界上第一臺(tái)能滿足上述規(guī)定樣機(jī)，并在GM公司汽車裝配線上獲得成功。這種新型工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)樸易懂、操作以便、可靠性高、使用靈活、體積小、壽命長(zhǎng)等一系列有點(diǎn)不久就推廣應(yīng)用到食品、飲料、冶金、造紙等其她工業(yè)領(lǐng)域。隨后德國(guó)、日本等國(guó)相繼引進(jìn)這一技術(shù)，迅速在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)從1974年開始研制，1977年開始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域?？删幊炭刂破靼l(fā)展過程、雖然PLC應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微解決器浮現(xiàn)，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通信技術(shù)不斷發(fā)展，PLC發(fā)展也極為迅速。其發(fā)展過程大體分為三個(gè)階段：第三代PLC（20世紀(jì)60年代末～70年代中期）初期PLC作為繼電器控制系統(tǒng)代替物，其重要功能只是執(zhí)行原先繼電器完畢順序控制和定期控制等任務(wù)。第二代PLC(2O世紀(jì)70年代中期～80年代后期)20世紀(jì)70年代，微解決器浮現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大變化。各個(gè)PLC制造商先后采用微解決器作為PLC中央解決器（CentralProcessingUnit,CPU）,使PLC功能大大增強(qiáng)?？删幊炭刂破靼l(fā)展方向（20世紀(jì)80年代后期至今）20世紀(jì)80年代后期，，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)迅速發(fā)展，微解決器價(jià)格大幅度下降，各種PLC采用微解決器性能普遍提高?？删幊炭刂破靼l(fā)展方向當(dāng)代PLC發(fā)展有兩個(gè)重要趨勢(shì)。其一是向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)和價(jià)格更低微小型方面發(fā)展；其二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、良好兼容性和多功能方面發(fā)展，趨向于當(dāng)前工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（IndustrialPersonalComputer,IPC,即工控機(jī)）性能。微型、小型PLC功能明顯增強(qiáng)，諸多知名PLC制造商相繼推出了小型、特別是微型、高性能PLC。集成化發(fā)展趨勢(shì)增強(qiáng)由于控制對(duì)象復(fù)雜化和高難度化，使PLC向集成化方向發(fā)展。PLC與PC集成、PLC與DCS集成、PLC與PID集成、PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線集成等，并增強(qiáng)了通信和網(wǎng)絡(luò)能力，特別是以PC為基本控制產(chǎn)品增長(zhǎng)迅速。向開放型轉(zhuǎn)變PLC存在嚴(yán)重缺陷重要是PLC軟、硬體系構(gòu)造是封閉而不是開放，絕大多數(shù)PLC采用專用總線、專用通信網(wǎng)絡(luò)合同。4.4.2可編程控制器定義在可編程控制器初期設(shè)計(jì)中，雖然采用了計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)思想，但只有用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯（開關(guān)量）控制，重要用于順序控制，因此被稱為可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）,簡(jiǎn)稱PLC。隨著技術(shù)發(fā)展，這種裝置功能早已大大超過了邏輯控制范疇。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（NationalElectricalManufacturersAssociation,NEMA）通過調(diào)查，將其正式命名為ProgrammableController,簡(jiǎn)稱PC。由于PC容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）縮寫相混淆，因而人們?nèi)匝赜肞LC作為可編程控制器簡(jiǎn)稱。國(guó)際電工委員會(huì)（InternationalElectrorechninalCommission,IEC）頒布PLC定義為：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定期、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字、模仿輸入和輸出來控制各種類型機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其關(guān)于設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一種整體、易于擴(kuò)充其功能原則設(shè)計(jì)。4.4.3可編程控制器特點(diǎn)PLC把微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和繼電器控制技術(shù)融合在一起，兼具計(jì)算機(jī)功能完備，靈活性強(qiáng)、通用性好以及繼電器接觸器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)樸易懂、維修以便等特點(diǎn)，重要體當(dāng)前如下幾種方面：①編程簡(jiǎn)樸易學(xué)②可靠性高③功能強(qiáng)④安裝簡(jiǎn)樸，維修以便⑤采用模塊化構(gòu)造⑥接口模塊豐富⑦系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試周期短4.4.4可編程控制器應(yīng)用通過長(zhǎng)期工程時(shí)間，PLC上述特點(diǎn)越來越為廣大技術(shù)人員所結(jié)識(shí)和接受，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到石油、化工、機(jī)械、鋼鐵、交通、電力、輕工、采礦、水力、環(huán)保等各個(gè)領(lǐng)域，涉及從單機(jī)自動(dòng)化到工廠自動(dòng)化，從機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng)到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。從功能上看，PLC應(yīng)用范疇大體涉及如下幾種方面：⑴邏輯（開關(guān)量）控制⑵定期控制⑶計(jì)數(shù)控制⑷步進(jìn)控制⑸模仿量解決與PID控制⑹數(shù)據(jù)解決⑺通信和聯(lián)網(wǎng)功能4.4.5可編程控制器構(gòu)成PLC產(chǎn)品型號(hào)諸多，發(fā)展非常迅速，應(yīng)用日益廣泛，不同產(chǎn)品在硬件構(gòu)造、資源配備和指令系統(tǒng)等方面各不相似。但從整體來看，不同廠商PLC在硬件機(jī)構(gòu)和指令系統(tǒng)等方面大同小異。下面重要簡(jiǎn)介三菱公司FX系列PLC得硬件構(gòu)成、工作原理和系統(tǒng)資源配備等內(nèi)容。圖4-2PLC構(gòu)成PLC從構(gòu)成形式上普通分為整體式和模塊式兩種，但在系統(tǒng)硬件構(gòu)造上基本相似、整體式PLC普通由CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存和電源等構(gòu)成，普通按PLC性能又分為若干型號(hào)，并按I/O點(diǎn)數(shù)分為若干規(guī)格。模塊式PLC普通由CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存模塊、電源模塊、底板或機(jī)架等構(gòu)成。無論哪種構(gòu)造類型PLC，都屬于總線式開放構(gòu)造，其I/O能力多數(shù)可依照顧客需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合。PLC構(gòu)成如圖4-2所示。CPU224AC/DC繼電器基本數(shù)據(jù)如表4-2。表4-1PLC現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)信號(hào)總表信號(hào)信號(hào)位置信號(hào)特性備注緊急停止信號(hào)風(fēng)機(jī)每組系統(tǒng)各一共計(jì)28個(gè)數(shù)字輸入10個(gè)數(shù)字輸出2個(gè)模仿量輸入防止喘振信號(hào)防喘振信號(hào)上限信號(hào)機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)下限信號(hào)閥門接觸信號(hào)閥門位置信號(hào)轉(zhuǎn)速信號(hào)差壓傳感器輸入4～20mA手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)手動(dòng)控制柜輸入24VDC自動(dòng)提高信號(hào)機(jī)組異常信號(hào)電氣控制柜電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)信號(hào)機(jī)械運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出24V電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)維持電磁吸合信號(hào)提高電磁吸合信號(hào)RS485通信信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)表4-2CPU224DC繼電器輸出數(shù)據(jù)電源100～230VAC數(shù)字量輸出端口14個(gè)數(shù)字量輸入電壓額定值10個(gè)數(shù)字量輸出電壓范疇24VDC～230VAC（繼電器隔離）帶屏蔽輸入輸出電纜長(zhǎng)度500m程序存儲(chǔ)器8k字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2.5k字節(jié)位操作執(zhí)行時(shí)間0.37μS計(jì)數(shù)器256個(gè)，計(jì)數(shù)范疇256，可擴(kuò)充定期器256個(gè)，定期范疇1ms到54分鐘4.5實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)重要硬件選用系統(tǒng)硬件構(gòu)造如圖4-3所示圖4-3控制系統(tǒng)硬件構(gòu)造圖4.5.1直流調(diào)速系統(tǒng)選取依照實(shí)驗(yàn)臺(tái)有關(guān)規(guī)定，調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)具備調(diào)速精確和抗干擾性能。由于雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)具備以上性能，因此就選用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)臺(tái)調(diào)速系統(tǒng)。全數(shù)字直流調(diào)速裝置采用Siemens6RA70全數(shù)字直流調(diào)速器。Siemens6RA70是一種以電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，速度環(huán)為外環(huán)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，采用邏輯無環(huán)調(diào)速方案。4.5.2PLC選用及其開關(guān)量控制在實(shí)驗(yàn)臺(tái)PLC硬件設(shè)計(jì)過程中，充分考慮了實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制方案及控制過程，以使PLC硬件設(shè)計(jì)滿足實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制規(guī)定，由于I/O點(diǎn)數(shù)較少，因此選取小型整體式PLC。實(shí)驗(yàn)臺(tái)選用是PLC是三菱FXIN-60MR系列，主機(jī)為CPU224，直流輸出。它能擴(kuò)展7個(gè)模塊，同步配備數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊EM221和模仿量輸入擴(kuò)展模塊EM231，構(gòu)成電控某些PLC控制系統(tǒng)。PLC可以和控制系統(tǒng)RS485進(jìn)行通信，信號(hào)列表如表4-2所示。PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成為：CPU224AC/DC/繼電器+數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊EM221+模仿量輸入擴(kuò)展塊EM231。表4-3實(shí)驗(yàn)臺(tái)PLCI/O點(diǎn)分派輸入端信號(hào)功能批示輸出端子號(hào)功能批示X0后橋制動(dòng)X1后橋制動(dòng)釋放X2直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)X3直流電動(dòng)機(jī)停止X4直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)X5變速箱潤(rùn)滑X6變速箱潤(rùn)滑停止X7實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)X10實(shí)驗(yàn)停止X11離合器接合X12離合器停止X13離合器分離X14后橋潤(rùn)滑啟動(dòng)X15后橋潤(rùn)滑停止X16手動(dòng)/自動(dòng)X17急停Y0測(cè)量板啟動(dòng)Y1實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)（PC）Y10后橋制動(dòng)Y11直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)Y12直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)Y13電動(dòng)機(jī)鎖定Y14變速箱潤(rùn)滑Y15離合器接合Y16分離Y17后橋潤(rùn)滑Y20電源批示燈Y21急停批示燈Y22防護(hù)罩批示燈Y23蜂鳴器Y24實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)批示燈Y25實(shí)驗(yàn)停止批示燈Y26接合批示燈Y27分離批示燈4.5.3工業(yè)控制計(jì)算（PC）選取為了保證明驗(yàn)臺(tái)可靠運(yùn)營(yíng)，選用SYS-1U1000-3A01型研華工控機(jī)作為系統(tǒng)上位機(jī)。由于上位機(jī)要完畢數(shù)據(jù)分析解決，同步完畢與實(shí)時(shí)控制某些高速數(shù)據(jù)互換，選用性能良好PentiumM1.8GHzCPU作為解決器，系統(tǒng)有PCI插槽可以用于采集卡安裝。操作WindowsXP系統(tǒng)，運(yùn)用其WindowsXP平臺(tái)豐富軟件，為系統(tǒng)構(gòu)建檢測(cè)數(shù)據(jù)保存、查詢、匯總信息系統(tǒng)、建立公司級(jí)網(wǎng)絡(luò)管理交互接口提供了便利條件。4.5.4數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡選用了用研華PCI-1714ADC,該采集具備如下長(zhǎng)處：一、領(lǐng)先同業(yè)采樣速度（SamplingRate），最高速可達(dá)每秒讀取3000萬次（30MS/s），內(nèi)含四個(gè)獨(dú)立模仿數(shù)字量轉(zhuǎn)換器（ADC），可使四個(gè)通道同步取樣；二、內(nèi)建可容納3筆取樣數(shù)據(jù)（32K）先進(jìn)先出（FIF0）內(nèi)存，容許使用者做急速采樣時(shí)，有足夠緩沖區(qū)可供暫存，以維持?jǐn)?shù)據(jù)采集速度及完整性；三、提供各種輸入范疇，包括±5V、±2.5V、±1V、±0.5V等，使用者透過工具程序即可輕松完畢設(shè)定；四、研華專屬板卡裝置辨認(rèn)碼（BoardID）,當(dāng)客戶同步插入多張板卡時(shí)，可做硬件組態(tài)設(shè)定，容易辨別每張板卡；五、高達(dá)六種觸發(fā)模式，以便客戶依規(guī)定自行設(shè)定。包括軟件觸發(fā)、Pacer、Post-Trigger、Pre-Trigger、Delay-Trigger及About-Trigger;六、支持Windows/XP驅(qū)動(dòng)程序。4.5.5傳感器感器選用是北京三晶創(chuàng)業(yè)科技集團(tuán)有限公司生產(chǎn)JN338-AN系列轉(zhuǎn)速和扭矩傳器。該系列傳感器重要功能為：①數(shù)據(jù)取樣時(shí)間可達(dá)到1ms，并且可以依照需要在1-1000ms之間設(shè)定；②測(cè)量算法先進(jìn)，數(shù)據(jù)信號(hào)測(cè)量誤差可減小到±1Hz；③通過數(shù)字總線接口信號(hào)將轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩測(cè)量數(shù)值直接傳送至計(jì)算機(jī)等網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備；④測(cè)量參數(shù)可以通過計(jì)算機(jī)等控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程修改，斷電后參數(shù)可以完整保存；⑤具備各種智能功能，如過載警報(bào)、故障檢測(cè)、狀態(tài)批示等。4.5.6系統(tǒng)軟件測(cè)試機(jī)采用NI公司LabVIEW+LabVIEWRT作為系統(tǒng)顧客界面和實(shí)時(shí)控制程序開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)效率和實(shí)時(shí)特性完美結(jié)合。軟件系統(tǒng)構(gòu)造如圖4-4所示，軟件分為運(yùn)營(yíng)于PC機(jī)LabVIEWRT顧客界面和數(shù)據(jù)解決模塊和運(yùn)營(yíng)于數(shù)據(jù)采集控制卡RTEngine實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和控制程序兩某些。兩個(gè)模塊通過全局共享變量傳遞數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)PC和數(shù)據(jù)采集控制卡數(shù)據(jù)互換。位移、轉(zhuǎn)矩實(shí)時(shí)控制全局變量傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集RTEngineLabVIEWRT顧客界面程序操作指令發(fā)送顧客界面程序操作指令發(fā)送曲線、數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示命令處置模塊數(shù)據(jù)解決狀態(tài)模塊全局變量圖4-4系統(tǒng)軟件構(gòu)造圖

5實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)建模及性能分析本章重要建立汽車傳動(dòng)系總成沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型[]，并應(yīng)用PID控制算法對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行分析。依照建立數(shù)學(xué)模型目不同，建立包括系統(tǒng)各重要環(huán)節(jié)詳細(xì)模型、研究和次要因素簡(jiǎn)化模型系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)。本章僅討論實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)建模和性能仿真分析。5.1實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)建模如上一章中所述汽車傳動(dòng)系總成沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)重要是控制直流電動(dòng)機(jī)和慣性飛輪組系統(tǒng)，使慣性飛輪組達(dá)到實(shí)驗(yàn)所規(guī)定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。依照載荷譜對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行速度給定或者轉(zhuǎn)矩給定，使實(shí)驗(yàn)臺(tái)慣性系統(tǒng)可以模仿汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或者轉(zhuǎn)矩。設(shè)計(jì)汽車傳動(dòng)系總成沖擊性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)構(gòu)造圖如圖5-1所示，它重要有兩個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成：速度閉環(huán)和電流閉環(huán)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)由速度給定輸入，由可控硅整流裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電，控制電動(dòng)機(jī)電樞電流和電壓輸出，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)慣性飛輪組轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)飛輪組達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)斷電空轉(zhuǎn)，運(yùn)用慣性飛輪組慣性對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)。圖5-1實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)構(gòu)造圖5.1.1直流電動(dòng)機(jī)與慣性飛輪組系統(tǒng)圖5-2所示為直流電動(dòng)機(jī)和慣性飛輪組構(gòu)成慣性質(zhì)量系統(tǒng)，其重要功能是模仿發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,并將動(dòng)力傳遞給被試汽車傳動(dòng)系。直流電動(dòng)機(jī)與慣性飛輪組之間拖動(dòng)運(yùn)用窄V帶對(duì)慣性飛輪組進(jìn)行增速。圖5-2實(shí)驗(yàn)臺(tái)慣性質(zhì)量系統(tǒng)（1）電動(dòng)機(jī)模型圖5-3電動(dòng)機(jī)等效電路直流電動(dòng)機(jī)等效電路圖如圖5-3所示，可得電樞回路電壓平衡方程式為：(5-1)將當(dāng)作負(fù)載一某些，則有：(5-2)(5-3)(5-4)式中：——輸入抱負(fù)空載整流電壓；——在電樞回路中產(chǎn)生電樞電流；——電樞回路電阻；——電樞回路電感；——飛輪矩；——電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)；——?jiǎng)?lì)磁轉(zhuǎn)矩——電機(jī)額定勵(lì)磁下電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速比；——電機(jī)額定勵(lì)磁下轉(zhuǎn)矩電流比；——?jiǎng)討B(tài)轉(zhuǎn)矩。將以上三式代入式(5-4)整頓得：(5-5)式中，，，為電機(jī)及機(jī)電時(shí)間常數(shù)，為電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)。在工程應(yīng)用中電樞電感L較小，可忽視不計(jì)，式(5-5)可簡(jiǎn)化為：(5-6)由以上各式可知：(5-7)(5-8)式中為負(fù)載電流。在零初始條件下，分別取式(5-7)、(5-8)拉式變換，得電樞電壓和電流之間傳遞函數(shù)：(5-9)電樞電流和電動(dòng)勢(shì)之間傳遞函數(shù)為：(5-10)將以上傳遞函數(shù)結(jié)合在一起，并考慮，即得額定勵(lì)磁直流電機(jī)動(dòng)態(tài)構(gòu)造圖，如圖5-4所示。圖5-4直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)構(gòu)造圖（2）轉(zhuǎn)矩折算在實(shí)際拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)與負(fù)載之間往往裝有變速裝置，即系統(tǒng)中包具有以不同速度轉(zhuǎn)動(dòng)部件，形成多軸或多速系統(tǒng)。分析這種系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)可以對(duì)各轉(zhuǎn)軸分別列出運(yùn)動(dòng)方程式，然后聯(lián)立求解。為簡(jiǎn)化計(jì)算，可以從聯(lián)立方程組導(dǎo)出等值折算辦法，即將各個(gè)不同轉(zhuǎn)速軸上轉(zhuǎn)矩折算到某個(gè)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)軸上，普通是折算到電動(dòng)機(jī)軸上。這樣，多軸多速系統(tǒng)就簡(jiǎn)化為等值單軸單速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)矩折算理論依照動(dòng)力學(xué)功率不變及能量平衡原則，對(duì)單一轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，若將式(5-4)兩端乘以，得到功率平衡方程式為：(5-11)式中：——電動(dòng)機(jī)軸功率；——負(fù)載功率；——旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)所儲(chǔ)存動(dòng)能變化量。設(shè)初始條件時(shí)，，將式(5-1)積分可得能量平衡關(guān)系為：(5-12)或(5-13)式中：——輸入電動(dòng)機(jī)動(dòng)能；——負(fù)載吸取動(dòng)能；——系統(tǒng)儲(chǔ)存動(dòng)能。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中任一轉(zhuǎn)軸均具備式(4-12)和式(4-13)所示功率、能量平衡關(guān)系。折算實(shí)質(zhì)就是將動(dòng)力系統(tǒng)中各轉(zhuǎn)軸上功率流和能量流歸算到某個(gè)單—基準(zhǔn)軸上，從而使計(jì)算簡(jiǎn)化。為此，需進(jìn)行負(fù)載轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩折算。=1\*GB3①靜態(tài)轉(zhuǎn)矩(負(fù)載轉(zhuǎn)矩)折算靜態(tài)轉(zhuǎn)矩折算依照力學(xué)中功率不變?cè)瓌t，即將負(fù)載轉(zhuǎn)矩從一轉(zhuǎn)軸折算到另一轉(zhuǎn)軸時(shí)必要保持功率相等，普通還需考慮功率傳遞中機(jī)械損耗功率。將生產(chǎn)機(jī)械軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電動(dòng)機(jī)軸上時(shí)，可按下列公式計(jì)算：(5-14)即(5-15)式中：——折算到電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩；——工作機(jī)械軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩；——電動(dòng)機(jī)軸角速度；——工作機(jī)械軸角速度；——傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率；——電動(dòng)機(jī)與工作機(jī)械之間傳動(dòng)比；、——分別表達(dá)電機(jī)和工作機(jī)械軸轉(zhuǎn)速。如果電動(dòng)機(jī)以發(fā)電方式運(yùn)轉(zhuǎn)，則功率傳遞方向是從生產(chǎn)機(jī)械經(jīng)電動(dòng)機(jī)至電網(wǎng)，此時(shí)傳動(dòng)中機(jī)械損耗功率將由生產(chǎn)機(jī)械(負(fù)載側(cè))承擔(dān)。因而，將負(fù)載轉(zhuǎn)矩折算到電動(dòng)機(jī)軸上時(shí)，應(yīng)按下式計(jì)算：(5-16)=2\*GB3②動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩折算動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩反映拖動(dòng)系統(tǒng)中儲(chǔ)存動(dòng)能變化。依照力學(xué)中能量平衡原則，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩折算時(shí)應(yīng)保持系統(tǒng)動(dòng)能不變。設(shè)工作機(jī)構(gòu)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，角速度為，折算到電動(dòng)機(jī)軸上等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，電動(dòng)機(jī)軸角速度為，則有：(5-17)即(5-18)由此可見，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩折算就是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算。由于慣量恒為正值，因而折算后系統(tǒng)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩要依照電動(dòng)機(jī)軸上原有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及折算到電動(dòng)機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和進(jìn)行計(jì)算。依照以上分析可得慣性質(zhì)量系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：(5-19)5.1.2可控硅整流裝置可控硅觸發(fā)整流裝置[8]環(huán)節(jié)輸入量是觸發(fā)電路控制電壓，輸出量是抱負(fù)空載整流電壓。如果把它們之間放大系數(shù)當(dāng)作是常數(shù)，則可控硅觸發(fā)整流裝置可以當(dāng)作是一種具備純滯后放大環(huán)節(jié)，其滯后作用是由可控硅裝置失控時(shí)間引起?？紤]到很小，則可控硅觸發(fā)整流裝置傳遞函數(shù)可以近似成一階慣性環(huán)節(jié)。(5-20)5.1.3速度控制器和電流控制器建模為了使轉(zhuǎn)速和電流滿足控制規(guī)定[9]，設(shè)立電流負(fù)反饋和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，依照各個(gè)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)，繪出雙閉環(huán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)造圖，如圖5-5所示。圖5-5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)造圖圖中：、——觸發(fā)整流環(huán)節(jié)放大系數(shù)和時(shí)間常數(shù)；——主回路電磁時(shí)間常數(shù)；——電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)；——額定勵(lì)磁下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩電流比；——電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)某些折算到電動(dòng)機(jī)軸上總飛輪慣量；、——測(cè)速發(fā)電機(jī)、電流互感器放大系數(shù)。普通來說，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具備比較令人滿意效果。內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器具備如下作用：=1\*GB3①對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用；=2\*GB3②起動(dòng)時(shí)保證獲得容許最大電流；=3\*GB3③在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓變化；=4\*GB3④當(dāng)電機(jī)過載甚至于堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流最大值，從而起到迅速安全保護(hù)作用。如果故障消失，系統(tǒng)可以自動(dòng)恢復(fù)正常。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器具備作用：=1\*GB3①使轉(zhuǎn)速跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差；=2\*GB3②對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用；=3\*GB3③其輸出限幅值決定容許最大電流。在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)、晶閘管整流器及其觸發(fā)電路都可按負(fù)載工藝規(guī)定來選取和設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)可以通過穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算得到，所剩余轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器構(gòu)造和參數(shù)則應(yīng)在滿足穩(wěn)態(tài)精度前提下，按照動(dòng)態(tài)辦法擬定。對(duì)于多環(huán)控制系統(tǒng)，應(yīng)先設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)，后設(shè)計(jì)外環(huán)。即先設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，然后把整個(gè)電流環(huán)當(dāng)作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器系統(tǒng)中一種環(huán)節(jié)，再設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。在模仿控制系統(tǒng)中，控制器最慣用控制規(guī)律是PID控制。典型模仿PID控制系統(tǒng)原理框圖如5-6圖所示。系統(tǒng)由模仿PID控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象及敏感元件構(gòu)成。圖5-6持續(xù)閉環(huán)控制系統(tǒng)（5-21）式中：——控制器輸出量，為輸出初始值；——誤差信號(hào)；——比例系數(shù)；——積分時(shí)間常數(shù)；——微分時(shí)間常數(shù)。式(5-21)右邊前三項(xiàng)分別是比例、積分、微分某些，它們分別與誤差、誤差積分和微提成正比。如果取其中一項(xiàng)或兩項(xiàng)，可以構(gòu)成P、PD、或PI控制器。按工程設(shè)計(jì)辦法設(shè)計(jì)電流PID調(diào)節(jié)器普通來說，許多控制器開環(huán)傳遞函數(shù)都可以用式(5-22)表達(dá)：（5-22）其中，分母中項(xiàng)表達(dá)系統(tǒng)在原點(diǎn)處有r重極點(diǎn)，依照r取值不同，擬定典型系統(tǒng)。普通為了保證穩(wěn)定性和一定穩(wěn)態(tài)精度，多用于典=1\*ROMANI系統(tǒng)和典=2\*ROMANII系統(tǒng)。典=1\*ROMANI系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為：（5-23）典=2\*ROMANII系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為：（5-24）典=1\*ROMANI系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)跟隨性能上可以做到超調(diào)小，但抗擾性能稍差。電流環(huán)一項(xiàng)重要作用就是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過容許值，因而在突然加控制作用時(shí)不但愿有超調(diào)，或者超調(diào)量越小越好，從這個(gè)角度出發(fā)，把電流環(huán)校正成典=1\*ROMANI系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，由于電流檢測(cè)信號(hào)中常具有交流分量，必要加入低通濾波，其濾波時(shí)間常數(shù)為，但它同步也把反饋信號(hào)帶來延遲。為了平衡這一延遲作用，在給定信號(hào)通道上加入相似時(shí)間常數(shù)給定濾波環(huán)節(jié)。忽視電動(dòng)勢(shì)影響，電流環(huán)節(jié)如圖5-7所示：圖5-7電流環(huán)節(jié)圖把給定濾波和反饋濾波等效到環(huán)內(nèi)，得到圖5-8所示：圖5-8電流環(huán)簡(jiǎn)化解決接下來做小慣性環(huán)節(jié)解決，令，電流環(huán)構(gòu)造最后簡(jiǎn)化如圖5-9所示，圖4-10表白要將電流環(huán)校正成典=1\*ROMANI系統(tǒng)，顯然要采用PI調(diào)節(jié)器，即（5-25）圖5-9電流環(huán)構(gòu)造最后簡(jiǎn)化為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)對(duì)消掉控制對(duì)象大時(shí)間常數(shù)，選取，電流環(huán)較正成典=1\*ROMANI系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)構(gòu)造如圖5-10所示。圖5-10電流環(huán)動(dòng)態(tài)構(gòu)造圖及其簡(jiǎn)化典=1\*ROMANI系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為(5-26)可將它寫成原則二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)形式，即(5-27)式中：——自然振蕩角頻率；——阻尼比。在普通狀況下，但愿電流超調(diào)量σ%≤5%，可取阻尼比，，則（5-28）代人及公式，可得：（5-29）（1）按工程辦法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)器典型=2\*ROMANII系統(tǒng)超調(diào)量相對(duì)于=1\*ROMANI系統(tǒng)來說稍大，但抗干擾性能卻比較好。轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)當(dāng)校正成典型=2\*ROMANII系統(tǒng)，這一方面是基于穩(wěn)態(tài)無靜差規(guī)定，在從動(dòng)態(tài)性能上看，調(diào)速系統(tǒng)一方面應(yīng)有較好抗擾性能。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)時(shí)，與電流環(huán)內(nèi)加入濾波環(huán)節(jié)同一種道理，同樣增設(shè)了轉(zhuǎn)速濾波和給定濾波環(huán)節(jié)。用電流環(huán)等效環(huán)節(jié)代替初始電流閉環(huán)后，整個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)造如圖5-11所示。和電流環(huán)同樣，通過等效變換和小慣性環(huán)節(jié)合并，令，則可將轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)進(jìn)一步簡(jiǎn)化成圖5-12所示。圖5-11轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)造圖5-12轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)造簡(jiǎn)化圖由圖5-12可以看出要將轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)校正成典型=2\*ROMANII系統(tǒng)，ASR也應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：（5-30）令，不考慮負(fù)載擾動(dòng)，校正后調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)造如圖5-13所示：圖5-13校正后調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)造5.1.4電流、轉(zhuǎn)速PID雙閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)分析普通系統(tǒng)具備給定和擾動(dòng)兩種不同輸入，如下重要簡(jiǎn)介一下跟隨性能指標(biāo)和抗擾性能指標(biāo)。=1\*GB3①跟隨性能指標(biāo)跟隨性能指標(biāo)是描述系統(tǒng)隊(duì)給定輸入信號(hào)跟隨能力動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，通慣用系統(tǒng)在單位階躍輸入之下輸出相應(yīng)來表征，如圖5-14所示。依照此曲線，定義出下列跟隨性能指標(biāo)：圖5-14輸入階躍響應(yīng)曲線=1\*romani、上升時(shí)間。即為輸出量從零起到第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所通過時(shí)間。=2\*romanii、超調(diào)量。即為超過最大偏離量與之比，以百分?jǐn)?shù)表達(dá)。(5-31)=3\*romaniii、調(diào)節(jié)時(shí)間。即為從給定量階躍變化時(shí)開始，到輸出響應(yīng)曲線進(jìn)入到不再超過(或)范疇最早時(shí)刻為止所需時(shí)間。=4\*romaniv、振蕩次數(shù)。即為在整個(gè)過渡過程時(shí)間內(nèi)，輸出響應(yīng)曲線穿越次數(shù)半數(shù)。在上述各指標(biāo)中，、反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程迅速性，其值越小則動(dòng)態(tài)過程越快；反映系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定性，其值越小，則穩(wěn)定性越好；值反映系統(tǒng)阻尼特性，其值越大，則就越長(zhǎng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能變差。=2\*GB3②抗擾性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo)是描述系統(tǒng)抵抗擾動(dòng)能力動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。通慣用突加商定階躍擾動(dòng)系統(tǒng)輸出響應(yīng)特性來表征，如圖5-15所示。圖5-15階躍輸入響應(yīng)曲線=1\*romani、最大動(dòng)態(tài)降落。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)時(shí)，突加階躍擾動(dòng)，在過渡過程中輸出量最大降落值稱為最大動(dòng)態(tài)降落，用輸出量穩(wěn)態(tài)值百分?jǐn)?shù)表達(dá)，即(5-32)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)而言，相應(yīng)地稱為最大動(dòng)態(tài)速降。=2\*romanii、恢復(fù)時(shí)間。即從輸入階躍擾動(dòng)開始，到輸出量距新穩(wěn)態(tài)值之差進(jìn)入某預(yù)定基準(zhǔn)量(或)范疇之內(nèi)所需最短時(shí)間。=3\*romaniii、動(dòng)態(tài)降落時(shí)間。即產(chǎn)生最大動(dòng)態(tài)降落時(shí)相應(yīng)得時(shí)間。以上是時(shí)域指標(biāo)。在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中有時(shí)還需要用到頻域指標(biāo)，即依照開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性而定義、截止頻率、中頻寬和依照閉環(huán)幅頻特性而定義諧振峰值、諧振頻率和頻帶寬等。如圖5-16所示：圖5-16閉環(huán)系統(tǒng)幅頻特性反映系統(tǒng)振蕩限度，表達(dá)系統(tǒng)穩(wěn)定性，亦稱振蕩指標(biāo)。其值越小，則系統(tǒng)越穩(wěn)定。它與、密切有關(guān)，對(duì)也有影響。反映系統(tǒng)迅速性，其值越小，則系統(tǒng)迅速性越好，越小。典型=2\*ROMANII系統(tǒng)是三階系統(tǒng)，對(duì)于三階及三階以上高階系統(tǒng)普通難以找出動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)之間數(shù)學(xué)關(guān)系，但對(duì)于特定典型=2\*ROMANII系統(tǒng)卻可以采用振蕩指標(biāo)法中所用閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則，找出其參數(shù)和之間關(guān)系，使系統(tǒng)具備最佳動(dòng)態(tài)跟隨性能。對(duì)于一定值在滿足振蕩指標(biāo)為最小值原則下，、、、與之間存在如下關(guān)系，即（5-33）（5-34）（5-35）于是依照給定振蕩指標(biāo)，由式（5-33）及時(shí)可計(jì)算得出值，然后運(yùn)用式（5-34）和式（5-35）求出系統(tǒng)參數(shù)和值為（5-36）（5-37）典=2\*ROMANII系統(tǒng)在擾動(dòng)作用下動(dòng)態(tài)性能，與擾動(dòng)量自身及其作用點(diǎn)關(guān)于。猶如典=1\*ROMANI系統(tǒng)同樣，當(dāng)前就圖5-17所示，典=2\*ROMANII系統(tǒng)采用類似辦法可求出在階躍擾動(dòng)作用之下抗擾性能指標(biāo)與系統(tǒng)參數(shù)之間關(guān)系。圖5-17典=2\*ROMANII系統(tǒng)在一種擾動(dòng)作用下動(dòng)態(tài)構(gòu)造圖5.2電流控制器、轉(zhuǎn)速控制器系統(tǒng)在Simulink環(huán)境下性能仿真分析Simulink[10]環(huán)境是1990年先后由Mathworks公司推出產(chǎn)品，是用于MATLAB下建立系統(tǒng)框圖和仿真環(huán)境。該環(huán)境剛推出時(shí)名字叫作similab，由于其名字很類似于當(dāng)時(shí)一種很知名語(yǔ)言-simulab語(yǔ)言，因此次年改名為Simulink。從名字上看，及時(shí)就能看出該程序有兩層含義，一方面，，“simu”一詞表白它可以用于計(jì)算機(jī)仿真，而“l(fā)ink”一詞表白它能進(jìn)行系統(tǒng)連接，即把一系列模塊連接起來，構(gòu)成復(fù)雜系統(tǒng)模型?？梢赃\(yùn)用這一有效工具用圖形方式描述各種各樣微分方程，從而求解相應(yīng)微分方程。正是由于它這兩大功能和特色，使得它成為仿真領(lǐng)域首選計(jì)算機(jī)環(huán)境。Simulink功能遠(yuǎn)不止微分方程求解，它提供了各種可用于控制系統(tǒng)仿真模塊，支持普通控制系統(tǒng)仿真，此外，還提供了各種工程應(yīng)用中也許使用模塊，如電機(jī)系統(tǒng)、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等模塊集，直接進(jìn)行建模與仿真研究。Simulink功能十分強(qiáng)大，可以借用其自身或模塊集對(duì)任意復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真。（1）電流環(huán)系統(tǒng)仿真電流環(huán)控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型為：（5-38）在Simulink環(huán)境汽車傳動(dòng)系總成沖擊耐久性實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)電流環(huán)仿真模型如圖5-18所示。該系統(tǒng)由電流PID控制器、可控硅裝置、電機(jī)電樞、零階保持器構(gòu)成。圖5-18電流環(huán)仿真模型電流環(huán)控制器仿真成果如圖5-19和圖5-20所示：圖5-19電流給定輸入響應(yīng)曲線圖5-20電流響應(yīng)誤差曲線圖（5-19）為電流給定輸入響應(yīng)曲線，圖（5-20）為電流響應(yīng)誤差曲線。從仿真成果可以看出,電流環(huán)控制系統(tǒng)超調(diào)量為4.78879%，峰值時(shí)間為0.16990s，5%誤差帶調(diào)節(jié)時(shí)間為0.38087s，控制性能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定。（2）速度環(huán)系統(tǒng)仿真速度環(huán)控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型為：（5-39）速度環(huán)系統(tǒng)在Simulink環(huán)境下仿真模型如圖5-21所示。該控制系統(tǒng)包括電流控制器、轉(zhuǎn)速控制器、直流電動(dòng)機(jī)慣性質(zhì)量系統(tǒng)、零階保持器等環(huán)節(jié)。系統(tǒng)速度給定輸入由實(shí)驗(yàn)臺(tái)規(guī)定輸入3000rpm，系統(tǒng)響應(yīng)為實(shí)驗(yàn)臺(tái)所需轉(zhuǎn)速。圖5-21速度環(huán)系統(tǒng)在Simulink環(huán)境下仿真模型轉(zhuǎn)速控制器仿真成果如圖5-22和圖5-23所示，該系統(tǒng)反映是實(shí)驗(yàn)臺(tái)慣性質(zhì)量系統(tǒng)慣性矩狀況下響應(yīng)。圖（5-22）為給定輸入轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線，圖（5-23）為系統(tǒng)響應(yīng)誤差曲線。從仿真成果可以看出,轉(zhuǎn)速控制超調(diào)量為3.04844%，峰值時(shí)間為1.70816s，2%誤差帶調(diào)節(jié)時(shí)間為1.46633s。圖5-22給定輸入轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線圖5-23系統(tǒng)響應(yīng)誤差曲線當(dāng)系統(tǒng)慣性質(zhì)量隨著實(shí)驗(yàn)需要發(fā)生變動(dòng)時(shí)，即時(shí)，模型在不改動(dòng)PID參數(shù)狀況下，系統(tǒng)速度響應(yīng)曲線變?yōu)槿鐖D5-24所示。圖5-24當(dāng)慣性矩系統(tǒng)速度響應(yīng)曲線圖5-25為系統(tǒng)在有加載或者擾動(dòng)運(yùn)營(yíng)工作狀況下，實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)響應(yīng)誤差變化曲線超過了系統(tǒng)目的規(guī)定，為此在下章節(jié)討論采用參數(shù)自整定模糊PID控制算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，并將仿真成果與常規(guī)PID控制響應(yīng)成果比較。圖5-25實(shí)驗(yàn)臺(tái)速度PID回路在加載和擾動(dòng)作用下誤差曲線

6系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證硬件構(gòu)成了控制與檢測(cè)系統(tǒng)基本，而軟件則完畢控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、濾波、繪圖、系統(tǒng)與顧客之間信息