Автоматическое управление системами автомобиля

Министерство образования и науки Украины

Севастопольский национальный технический университет



Кафедра Автомобильного транспорта















КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМАМИ АВТОМОБИЛЯ

	специальности 07.09.0258

	«Автомобили и автомобильное хозяйство»







Выполнил: ст. гр. АВ-51з Калашников

Проверил: доц. Долгин. В.П.















Севастополь

2010


ЗАДАНИЕ



Для подвески автомобиля указанной модели (выбрать в соответствии с вариантом) 

1. построить переходную h(t) (исследование подвески во временной области) и 

2. частотные характеристики (исследование подвески в частотной области) A(w), F(w), Jm(w), Re(w), Jm(Re(w)) в диапазоне частот от Wmin=Wr/10 рад/с до Wmax=Wr*10 рад/с. 



ЧАСТОТНЫЕ И ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ МОДЕЛИ



Ст. гр. АВ-51з Калашников



 



  

Рисунок 1.1 – Кинематические схемы подвески автомобиля



Обозначения:

W - передаточная функция,

R(w)- вещественная частотная характеристика,

M(w)- мнимая частотная характеристика,

A(w)- амплитудная частотная характеристика,

F(w)- фазовая частотная характеристика,

ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ



W = b0/(a0+a1*p+a2*p^2);

a0 = c:a1:=L:a2:=m:b0:=c:

Yu = x*limit(W,p=0);



ПАРАМЕТРЫ ПОДВЕСКИ

Ma– 10185 Масса автомобиля

Mg–5000Грузоподъемность

Kz– 0 Коэффициент загрузки 

Dh– 0.1 Осадка под нагрузкой

xi– 0,5 Коэффициент демпфирования (комфортности, xi=0,3..0,8) 



m = (Ma+Mg*Kz)/4;

c = evalf(Mg*9.81/Dh)/4;

L = 2*xi*c*sqrt(m/c);



ПЕРЕХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЗВЕНЬЕВ



При вычислениях переходной характеристики звена операторным методом необходимо выполнить следующие действия.

Получить изображение X(p) по Лапласу входного сигнала X(t) в соответствии с определением



X(p) => L{ X(t) },



что в терминах математического пакета MAPLE with(inttrans) имеет вид


Lx:=laplace(X,t,p); (Lx = X(p), X = X(t)).



Найти изображение выходного сигнала Y(p) => X(p)* W(p).

Перейти от изображения по Лапласу выходного сигнала Y(p) к оригиналу Y(t) в соответствии с определением



Y(t) => L-1{ Y(p) },



что в терминах математического пакета MAPLE with(inttrans) имеет вид



Px:=invlaplace(Lx*W,p,t); (Px = X(t), W = W(p)).



Таблица – Переходные характеристики

Аналитическое решение

Тип звена

Передаточная функция

Переходная характеристика [1, с.92],[2, c. 296]

Коебательное 

ξ < 1





.

Апериодическое,

ξ ≥ 1



; ; ; ; ; .


РЕШЕНИЕ

1. Исследование во временной области



> # Блок 1

restart;

with(stats):

with(inttrans):

№:=051355; # НОМЕР ЗАЧЕТНОЙ КНИЖКИ

randomize(№); # ВАРИАНТ ЗАДАНИЯ 

N:=10:

t1:=time():

№=051355

 051355

> # Блок 2

# Передаточная функция

W:= b0/(a0+a1*p+a2*p^2);

a0:= c:a1:=L:a2:=m:b0:=c:

Yu:=x*limit(W,p=0);





> # Блок 3

# ПАРАМЕТРЫ ПОДВЕСКИ

Ma:=6135: # Масса автомобиля

Mg:=5000: # Грузоподъемность

Kz:=0; # Коэффициент загрузки 

Dh:=0.10: # Осадка под нагрузкой

xi:=0.5: # Коэффициент демпфирования (xi=0,3..0,8) 

m := evalf((Ma+Mg*Kz)/4);

c := evalf(Mg*9.81/Dh)/4;

#c:=c/2;

xi:=xi/1.5:

L := 2*xi*sqrt(m*c);

T:=sqrt(m/c);











> # Блок 4

# Переходная характеристика

 x:=1: # Скачок

 Lx:=laplace(x,t,p); # Изображение сигнала 

 Px:=invlaplace(Lx*W,p,t); # Обратное преобразование Лапласа





> # Блк 5

# Графики переходной характеристики

t0:=15*T: # Время переходного процесса

tr:=1.35: # Время регулирования

G1:=plot([tr,J,J=0..subs(t=tr,Px)],linestyle=2):

G2:=plot(Px,t=0..t0,linestyle=4,thickness=4):

G3:=plot(Yu*1.05,t=0..t0,linestyle=4):

G4:=plot(Yu*0.95,t=0..t0,linestyle=4):

G5:=plot(Yu,t=0..t0,linestyle=4):

plots[display]({G1,G2,G3,G4,G5},title="Переходная характеристика");

# Блок 6

# Перерегулирование

Max:=maximize(Px,t=0..t0):

Kz:=Kz;

c :=c;

L:=L;

Per:=Max-x; 

tr:=tr;



















2. Частотные характеристики



> # Блок 6

# ОПИСАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

 p:=I*w:

 R(w):=evalc(Re(W));

 M(w):=evalc(Im(W));

 A(w):=abs(W);

 F(w):=argument(W);









> # Блок 7

# ДИАПАЗОН ЧАСТОТ

T:=sqrt(a2/a0):

Wr:=evalf(sqrt(1-2*xi^2)/T); # [1,стр.117]

Wmax:=Wr*10; Wmin:=Wr*.1;







> # Блок 8

# ГОДОГРАФ 

G:=plot([R(w),M(w), w=0..Wmax],color=red,style=line,thickness=3):

plots[display]({G},title=`ГОДОГРАФ `);






> # Блок 9

# ОПИСАНИЕ ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

G1:=plot([log10(w),R(w), w=Wmin..Wmax],

 color=red,linestyle=4,thickness=3,legend="R(w)"): # ВЧХ

G2:=plot([log10(w),M(w), w=Wmin..Wmax],

 color=blue,style=line,thickness=3,legend="M(w)"): # МЧХ

G3:=plot([log10(w),A(w), w=Wmin..Wmax],

 color=red,linestyle=4,thickness=3,legend="A(w)"): # АЧХ 

G4:=plot([log10(w),F(w), w=Wmin..Wmax],

 color=black,style=line,thickness=3,legend="F(w)"): # ФЧХ

> # Блок 10

# ГРАФИКИ ЛАЧХ [A(w)] и ЛФЧХ [F(w)]

g:=1.01:

Am:=evalf(1/(xi*sqrt(1-xi^2)*2)); # [1, с.117]

G5:=plot([log10(w),Am,w=Wr/g..Wr*g],style=point,

 symbol=circle,symbolsize=15,legend="Am"):

G6:=plot([log10(Wr),J,J=0..Am],linestyle=2,legend="Wm"):

G7:=plot([log10(w),-Pi, w=Wmin..Wmax],linestyle=4,legend="Pi"):

plots[display]({G3,G4,G5,G6,G7},title=`ЛАЧХ и ЛФЧХ`);







Рисунок 1.3 - Графики ЛАЧХ и ЛФЧХ


# Блок 11

# ГРАФИКИ ЛВЧХ [R(w)] и ЛМЧХ [M(w)]

plots[display]({G1,G2},title=`ЛВЧХ и ЛМЧХ`);

Kz:=Kz;

L:=L;

c:=c;

Wr:=Wr;





Рисунок 1.4 – Графики ЛВЧХ и ЛМЧХ













Выводы: Для указанных параметров системы переходный процесс имеет колебательный характер. Время окончания переходного процесса на уровне 5% - менее 3,4с.

Перерегулирование составляет величину менее 0,5


Приложение



Выпускается Московским автозаводом имени Лихачева с 1986г. Кузов - деревянная платформа армейского типа с откидным задним бортом, в решетках боковых бортов вмонтированы откидные скамейки на 16 посадочных мест, имеется средняя съемная скамейка на 8 мест, предусмотрена установка дуг и тента. Кабина - трехместная, расположена за двигателем, сиденье водителя - регулируемое по длине, высоте, наклону подушки и спинки.

Основной прицеп СМЗ-8325 (армейский). 



Модификация автомобиля:

- ЗИЛ-131НА - автомобиль с неэкранированным и негерметизированным электрооборудованием;

- ЗИЛ-131НС и ЗИЛ-131НАС - исполнение ХЛ для холодного климата (до минус 60°С).

По заказу автомобили ЗИЛ-131Н могут выпускаться в виде шасси без платформы для монтажа различных кузовов и установок.

С 1966 до 1986 гг. выпускался автомобиль ЗИЛ-131. 



Грузоподъемность:5000

по BCPNf видам дорог и местности 3750 кг.

по дорогам с асфальтобетонным покрытием (без прицепа) 5000 кг.

Снаряж. масса (без лебедки) 6135 кг.

В том числе:

на переднюю ось 2750 кг.

на тележку 3385 кг.

Полная масса 10185 кг.

В том числе:

на переднюю ось 3060 кг.

на тележку 7125 кг.

Допустимая полная масса прицепа при массе груза автомобиля 3750 кг:

по всем видам дорог и местности 4150 кг.

по дорогам с асфальтобетонным покрытием 6500 кг.

Приведенные ниже показатели даны для автомобиля полной массой 10185 кг и автопоезда с прицепом полной массой 4150 кг. 

Макс, скорость автомобиля 85 км/ч.

То же, автопоезда 75 км/ч.

Время разгона автомобиля до 60 км/ч 50 с.

То же, автопоезда 80 с.

Выбег автомобиля с 50 км/ч 450 м.

Макс.преодолеваемый подъем автомобилем 60 %

То же,автопоездом 36 %

Тормозной путь автомобиля с 50 км/ч 25 м.

То же, автопоезда 25,5 м.

Контрольный расход топлива, л/100 км, при скорости 60 км/ч:

автомобиля 35,0 л.

автопоезда 46,7 л.

Глубина преодолеваемого брода с твердым дном при номинальном давлении воздуха в тинах:

без подготовки 0,9 м.

с предварительной подготовкой (автомобиля ЗИЛ-13 1Н) продолжительностью не более 20 мин 1,4 м.

Радиус поворота:

по внешнему колесу 10,2 м.

габаритный 10,8 м.






Библиографический список



Долгин В.П. Автоматическое управление техническими и технологическими системами и объектами. Методы анализа систем и объектов / В.П. Долгин.– Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2003. – 404 с.