ABS Simulink仿真实战

0.1
0
0
0.1
0.2 0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8 0.9
1
32
实战3：防抱死制动系统（ ABS）
Simulink 模型：
0.2
Desired relative
slip
Scope
Scope2
Scope3
bangbang controller
100
TB.s+1
Hydraulic Lag
ctrl
Signal Routing Signal Routing
12
实战 1：一个发动机模型
用到的模块一览：
1. 关系运算符 2. 积分器
3. 饱和环节
Relational Op. Logic & Bit Op.
Integrator
Continuous
Saturation
Discontinuites
4. 单位延迟
27
实战2：离合器接合 /分离模型
Simulink模型：
Tin
slipping
Tfmaxk
wv
Tin
we
NOT
Fn
回调函数
的使用
Tfmaxk
Fn
Tfmaxs
part6
1
Gain1
Scope2
1
Gain
Tin
w
locked
locked
Tin lock
Tfmaxs
unlock Tf
logic
Scope
20
实战2：离合器接合 /分离模型
一个离合器 集中参数模型
21
实战2：离合器接合 /分离模型
参数定义 ：
Tf
22
实战 2：离合器接合 /分离模型
摩擦扭矩 ：
最大动摩擦扭矩 ：
最大静摩擦扭矩 ：
对于非金属材 料的当量半径
23
实战 2：离合器接合 /分离模型
离合器保持接合 所需要的摩擦扭矩 ：
24
My My
1/Mb
1 s
dotz
9.81
Mb
Mass
1
s
z
road
h
height
dotz
pitch torque theta dottheta z dotz
front force
front suspension
Ff
Fr
pitch torque theta dottheta z dotz
rear force
feet 600
（ 500 离 距 400 动 300
制
200
ABS制动
100
0
0
200
400
600
800
1000 1200 1400 1600 1800
制动时间（ x10-2 s）
38
作业
1、复习各类基本模块；
2、对防抱死制动系统进行建模仿真。
39
实战4：半车模型悬架系统
半车模型悬架系统：
40
发动机转速 闭环控制
加入一个离散控制器（ PI控制器），通过一个快速节 气门执行器调节发动机转速，使得负载转矩的变化对 发动机转速的影响最小。
17
实战 1：一个发动机模型
发动机
转速闭
speed
set point
环控制
模型
Desired rpm
Throttle setting
N
PI controller
valve timing
ma
T_eng
N
part6 30/pi
Gain
mass(k+1)
mass(k)
trigger
compression
Scope1
18
Scope
实战1：一个发动机模型
发动机转速闭环控制
发动机转速曲线 负载扭矩曲线
节气门开度曲线
19
作业
建立一个完整的带 PI 转速控制器的 Simulink 发动机模型（可参考 enginewc.mdl ） 。
Scope1
28
实战 2：离合器接合 /分离模型
仿真曲线：
紫色：发动机输入扭矩
：离合器夹紧力 青色 ：最大静摩擦扭矩
红色：保持接合的摩擦扭矩
29
实战 2：离合器接合 /分离模型
仿真曲线：
紫色：主动盘转速
：从动盘转速
青色：接合后转速
30
作业
1、复习各类基本模块；
2、对离合器接合/分离模型进行建模仿真。
Simulink仿真
—— 车辆部件建模仿真
内容概览
1. 引例：用 Simulink 对微分方程建模仿真
2. 一个发动机模型 3. 离合器接合 /分离模型 4. 防抱死制动系统（ABS） 5. 半车模型悬架系统
2
引例
用 Simulink 对下列微分方程进行建模仿真
x? ? ? 2x ? u （u 为常数）
1
s
ww
Wheel
speed
Scope1
yout wv
1/Rr
1 s stopping distance
33
实战3：防抱死制动系统（ ABS ）
基本模块介绍：
1. 传递函数
Transfer Fcn
Continuous
2. 查找表
Lookup Table Loopup Tables
3. 积分器（限幅）Integrator
10. 触发器
Trigger
Ports & Subsystems
13
作业
完成各个子系统的建模。下节课将这些子系统 组装成一个完整的发动机模型。
14
实战1：一个发动机模型
Simulink throttle
模型：
part1
theta
dotmai
Pm
mai
part3
Terminator1
dotmai
dotPm
1
1
1
0
切换 至分离态
25
实战 2：离合器接合 /分离模型
基本模块 介绍：
使能子系统 ：当使能端口的控制信号为正时，子系统
执行（ sys_enable.mdl ）；
触发子系统 ：子系统只在触发事件发生的时刻执行， 并保持该时刻的输出直至下一次触发事 件发生（ sys_trigger.mdl ）；
逻辑运算“ NOT”：（sys_not.mdl ）；
实战4：半车模型悬架系统
前悬架作用力和扭矩数学模型：
41
实战4：半车模型悬架系统
后悬架作用力和扭矩数学模型：
42
实战 4：半车模型悬架系统
力平衡方程：
扭矩平衡方程：
43
实战 4：半车模型悬架系统
Simulink 模型：
1
1
1/Iyy
s
s
1/Inertia
dottheta
theta
dottheta
气质量速度）：
9
实战1：一个发动机模型
6. 发动机扭矩：
10
实战1：一个发动机模型
7. 发动机角加速度：
11
实战1：一个发动机模型
用到的模块一览：
1. 常量 2. 阶跃
3. 示波器 4. 终端
5. 增益 6. 加减 7. 乘除 8. 求最值 9. 判正负
10. 汇总器
11. 开关
Constant
Unit Delay
Discrete
5. 初始条件
IC
Signal Attributes
6. 函数
7. 子系统 8. 输入 9. 输出
Fcn SubSystem In1 Out1
User-Defined Fcn Ports & Subsystems
Ports & Subsystems
Ports & Subsystems
dotmao
Pm
part4
N
Terminator2
dotmao
Pm
mao
part5
Terminator3
1
s
Integrator
Terminator
T_load
part2
T_eng
N T_load
part7
N
edge180
valve timing
ma T_eng
N
part6 30/pi
Gain
mass(k+art3
Terminator1
dotmai dotPm
dotmao
Pm
part4
Terminator2
N
dotmao
Pm
part5
mao
Terminator3
1
s
Integrator
Terminator
T_load
part2
T_eng
N T_load
part7
N
edge180
mass(k) trigger
compression
Scope1
15
Scope
实战1：一个发动机模型
仿真结果分析：
1. 负载减小，发动机转速升高并趋于稳定； 2. 节气门开度增加，发动机转速升高并趋于稳定； 3. 负载增大，发动机转速下降并趋于稳定。
2
3
1
发动机转速曲线
16
实战1：一个发动机模型
x(t) ? ue ?2t
3
基本步骤
1. 启动 MATLAB 2. 启动 Simulink
3. 新建一个模型
4. 保存模型 5. 选择合适的模块
6. 模块操作 7. 信号线操作
8. 仿真参数设置 9. 开始仿真
4
扩展步骤
1. 示波器设置 2. 多个示波器分别显示多条曲线 3. 在一个示波器中显示多条曲线
4500
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0.1
dotz
0
-0.1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-3
x 10 5
eta
dotth
0
45
-5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
time in seconds
作业
1、对半车模型悬架系统进行建模仿真。
46
Continuous
4. 终止仿真
Stop
Sinks
防止“ 除零 ”而采取的措施： 1.0 – u(1) / (u(2) + (u(2) == 0) * eps)
必定非零！
34
实战3：防抱死制动系统（ ABS ）
Simulink 模型精讲
bangbang 控制器原理：
Uk
?
?? ???
U
U
m
m
, ,
Scope4
1
s
Brake pressure
Scope5
Kf
force &
torque
mu slip
friction curve
slp
m*g/4 Weight
Rr
-1/m
1.0 - u(1)/(u(2) + (u(2)==0)*eps)
relative slip
1
s
Vehicle
speed
1/I
STOP
rear suspension
44
实战4：半车模型悬架系统
-3
x 10 15
Vehicle Suspension Model Simulation
10
h5 0
-5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
100
y M
50
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
7000
Ff 6500
6000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
5500
Fr 5000
26
实战 2：离合器接合 /分离模型
基本模块 介绍：
Hit Crossing ：检测输入从指定方向上到达或通过指定 点（ sys_hit.mdl ）；
Goto/From：信号的跳转。注意 Tag 的可见性；
Memory：存储模块（ sys_memory.mdl ）；
Combinatorial Logic ：组合逻辑模块；
Step Scope Terminator
Gain Sum
Product MinMax Sign
Mux
Switch
Sources
Sources
Sinks Sinks
Math Operations
Math Operations
Math Operations Math Operations
Math Operations
En ? a
En ? ? a
?? 1, U k ? ??? 1,
En ? 0
En ? 0
制动系液压管路：一阶惯性环节
G(s) ? 100 TB.s ? 1
35
实战3：防抱死制动系统（ ABS）
仿真曲线：
ctrl=1 ， ABS 制动
车轮角速度曲线
紫色：车轮前进速度折算角速度 ：车轮实际角速度
滑移率曲线
实战 2：离合器接合 /分离模型
接合/分离的 有限状态机 （FSM）：
接合条件 分离条件 原状态 执行动作 lock unlock mem locked
说明
0
0
0
0
保持 分离态
0
0
1
1
保持 接合态
0
1
0
0
保持 分离态
0
1
1
0
切换 至分离态
1
0
0
1
切换至接合态
1
0
1
1
保持 接合态
1
1
0
1
切换 至接合态
31
实战3：防抱死制动系统（ ABS）
单轮制动数学模型：
? v ? Vv / Rr
slip ? 1 ? ? w / ? v
I
d? w
dt
?
F f Rr
? Tb
m dVv dt
?
? Ff
Ff ? ?Fz
? ? f (slip )
?v
Tb
Vv
Rr
Ff
Fz
1
0.9
0.8
0.7 0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
：实际滑移率
36
实战3：防抱死制动系统（ ABS）
仿真曲线：
ctrl=0 ，非 ABS 制动
车轮角速度曲线
紫色 ：车轮前进速度折算角速度 ：车轮实际角速度