Tài liệu cơ khí ô tô

1. Bản the translation of trang Matlab,
Simulink - Sử dụng Simulink và Stateflow
trong ô tô Applications.pdf
Trang 1
Sử dụng Simulink
®
và Stateflow
TM
Chương trình Ô tô
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Cuốn sách này bao gồm chín ví dụ đại diện cho nhiệm vụ thiết kế điển hình của một kỹ sư ô tô.
Nó
cho thấy cách MathWorks mô hình hóa và mô phỏng công cụ, Simulink
®
và Stateflow,
TM
tạo điều kiện
việc thiết kế các hệ thống điều khiển ô tô. Mỗi ví dụ giải thích các nguyên tắc của vật lý ngồi
uation, và trình bày các phương trình đại diện cho hệ thống. Các ví dụ cho thấy làm thế nào để
tiến hành
từ các phương trình vật lý vào sơ đồ khối Simulink. Sau khi mô hình Simulink đã được
hoàn thành, chúng tôi chạy các mô phỏng, phân tích kết quả, và rút ra kết luận từ nghiên cứu.
Trừu tượng
Trang 2
Trang 3
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một

2. UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
3
T
THỂ HÀNH
C
ONTENTS
Introduction.......................................................................................................................4
Mô hình trong hệ thốngSimulink................................................................................................7
I. Động cơ Model..............................................................................................................8
II. Chống hệ thống khóa phanh ............................................. ........................................... 18
III. Ly hợp mẫu Engagement ............................................... ........................................ 23
IV. Đình chỉ System....................................................................................................31
V. thủy lực Systems....................................................................................................35
Mô hình hệ thống trong Simulink với Stateflow Cải tiến .......................................... 49
VI. Lỗi chịu Nhiên liệu Hệ thống kiểm soát ............................................ ............................ 50
VII. Transmission Control tự động ............................................... .............................. 61
VIII. Điện thủy lực điều khiển Servo ............................................... ................................ 71
IX. Mô hình Stick-Slip ma sát ............................................. ....................................... 84
Trang 4
4
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Tôi
NTRODUCTION
Tóm tắt
Kỹ sư ô tô đã tìm thấy mô phỏng là một công cụ quan trọng trong việc kịp thời và hiệu quả
phát triển hệ thống điều khiển tiên tiến. Như một công cụ thiết kế, Simulink đã trở thành tiêu
chuẩn cho
xuất sắc thông qua mô hình hóa và mô phỏng khả năng linh hoạt và chính xác của nó. Là kết quả
của mở của nó
kiến trúc, Simulink cho phép các kỹ sư để tạo ra tùy chỉnh thư viện khối để họ có thể tận dụng
của nhau
làm việc. Bằng cách chia sẻ một tập hợp chung của các công cụ và các thư viện, các kỹ sư có thể
làm việc với nhau hiệu quả trong
các nhóm làm việc cá nhân và trong suốt toàn bộ bộ phận kỹ thuật.
Ngoài những hiệu quả đạt được bằng Simulink, quá trình thiết kế cũng có thể được hưởng lợi từ
Stateflow, một

3. công cụ thiết kế tương tác cho phép các mô hình và mô phỏng các hệ thống phản ứng phức tạp.
Chặt chẽ
tích hợp với Simulink, Stateflow cho phép các kỹ sư thiết kế hệ thống điều khiển nhúng bằng
cách cho họ
một kỹ thuật đồ họa hiệu quả để kết hợp điều khiển phức tạp và logic giám sát trong phạm vi của
họ
Mô hình Simulink.
Cuốn sách này mô tả chín ví dụ thiết kế ô tô minh họa những thế mạnh của Simulink và
Stateflow trong việc đẩy nhanh và tạo thuận lợi cho quá trình thiết kế.
Ví dụ
Các ví dụ được trích dẫn trong cuốn sách này bao gồm các nhiệm vụ thiết kế ứng dụng thường
gặp trong
Mô tả
ngành công nghiệp ô tô. Chúng tôi trình bày một loạt các mô hình chi tiết bao gồm cả cơ bản
phương trình, sơ đồ khối, và kết quả mô phỏng. Vật liệu có thể phục vụ như là một điểm khởi
đầu cho
mới sử dụng Simulink hoặc như là một tài liệu tham khảo cho người sử dụng có kinh nghiệm.
Trong các mô hình, chúng tôi đề xuất phương pháp tiếp cận
phát triển mô hình, giải pháp cho các vấn đề hiện tại đầy thách thức, và minh họa một số trong
những
thiết kế phổ biến sử dụng của Simulink và Stateflow ngày hôm nay.
Các ứng dụng và các mô hình được mô tả trong cuốn sách này bao gồm các ví dụ sau đây sử
dụng Simulink
một mình:
I.
Model động cơ
engine.mdl
- Mô phỏng vòng hở
enginewc.mdl
- Mô phỏng vòng kín
II.
Chống hệ thống khóa phanh
absbrake.mdl
III.
Ly hợp Engagement mẫu
clutch.mdl
IV.
Hệ thống treo
suspn.mdl
V.
Hệ thống thủy lực
hydcyl
.
MDL - Bơm và thiết bị truyền động lắp ráp
hydcyl4
.

4. MDL - mô hình Bốn xi-lanh
hydrod
.
MDL - mô hình hai xi-lanh với những hạn chế tải
Trang 5
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
5
Các ứng dụng và mô hình sau đây sử dụng Simulink tăng cường với Stateflow:
VI.
Chịu lỗi hệ thống nhiên liệu điều khiển
fuelsys
.
MDL
VII.
Điều khiển tự động truyền
sf
_
xe hơi
.
MDL
VIII. Điện thủy lực điều khiển Servo
sf
_
điện thủy lực
.
MDL
IX.
Mô hình Stick-Slip ma sát
sf
_
stickslip
.
MDL
Simulink
Các mô hình được sử dụng trong cuốn sách này có sẵn thông qua ftp tại
Mô hình tập tin

5. ftp://ftp.mathworks.com/pub/product-info/examples/autobook.zip
. Zip file này chứa các thiết lập
của MDL, MAT, và M-file chứa mô hình Simulink mà người dùng có thể khám phá và xây dựng
theo. Các
tập tin bao gồm yêu cầu M
ATLAB ®
5.1, Simulink 2.1, và Stateflow 1.0. Mô hình cho các ứng dụng có thể được
mở trong Simulink bằng cách gõ tên của mô hình tại M
ATLAB
dấu nhắc lệnh. M
ATLAB
,
Simulink, và Stateflow không có trong tập sách này. Để có được một bản sao của M
ATLAB
, Simulink, và
Stateflow, hoặc cho một đĩa chứa các tập tin mô hình, xin vui lòng liên hệ với đại diện của bạn
tại
MathWorks.
Lời cảm ơn
Mô hình động cơ được dựa trên kết quả công bố của Crossley và Cook (1991) (1). Chúng tôi
muốn cảm ơn
Ken Butts và Jeff Cook của công ty Ford Motor cho phép mô hình này và cho
giúp đỡ tiếp theo trong việc xây dựng mô hình trong Simulink.
Ly hợp và các mô hình xi lanh thủy lực được dựa trên các phương trình được cung cấp bởi
General Motors. Chúng tôi muốn
cảm ơn Eric Gassenfeit của General Motors cho phép bao gồm các mô hình này.
Mô hình hệ thống treo xe đã được viết bởi David MacClay Cambridge kiểm soát Ltd
Đơn giản mô hình động cơ ba-nhà nước và thiết lập các biểu tượng có liên quan cho mô hình ô tô
là
được cung cấp bởi hệ thống Modular. Một mô hình động cơ đến nay chi tiết hơn có thể được
mua trực tiếp từ Modular
Hệ thống.
Liên hệ
Các nhân viên kỹ thuật MathWorks chuyên về các giải pháp ô tô có thể đạt được thông qua e-
mail
Thông tin
tại các địa chỉ sau:
Stan Quinn
squinn@mathworks.com
Andy Grace
agrace@mathworks.com
Paul Barnard
pbarnard@mathworks.com
Larry Michaels lmichaels@mathworks.com
Bill Aldrich
baldrich@mathworks.com

6. Trang 6
6
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Hoặc liên hệ với bất kỳ nhà phân phối quốc tế của chúng tôi và các đại lý trực tiếp. Xem trang
sau để biết thêm
thông tin liên lạc.
Cả hai hệ thống Modular và Cambridge kiểm soát Công ty TNHH dịch vụ tư vấn phục vụ trong
mô hình ô tô.
Họ có thể đạt được như sau:
Chú ý: Robert W. tuần
Hệ thống mô-đun
714 Sheridan Road
Evanston, IL 60202-2502 USA
Điện thoại: 708-869-2023
E-mail: bobweeks@ix.netcom.com
Chú ý: Sham Ahmed
Cambridge kiểm soát Ltd
Newton nhà
Cambridge Business Park
Cowley Road
Cambridge, Vương quốc Anh DB4 4WZ
011/44-1223-423-2
E-mail: Sham@camcontrol.co.uk
Trang 7
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
7
Mô hình hệ thống trong Simulink

7. Trang 8
8
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
I. E
NGINE
M
ODEL
Tóm tắt
Ví dụ này trình bày một mô hình của một bốn xi-lanh động cơ đánh lửa và chứng minh của
Simulink
khả năng để mô hình một động cơ đốt trong từ ga với sản lượng trục khuỷu. Chúng tôi sử dụng
nguyên tắc vật lý cũng được xác định, bổ sung, nếu phù hợp, với các mối quan hệ thực nghiệm
mô tả hành vi động của hệ thống mà không cần giới thiệu phức tạp không cần thiết.
Tổng quan
Ví dụ này mô tả các khái niệm và các chi tiết xung quanh việc tạo ra các mô hình động cơ với sự
nhấn mạnh
trên kỹ thuật mô hình Simulink quan trọng. Mô hình cơ bản sử dụng các khả năng nâng cao của
Simulink 2 để nắm bắt các sự kiện dựa trên thời gian với độ trung thực cao. Trong mô phỏng
này, một kích hoạt
mô hình hệ thống phụ chuyển hỗn hợp không khí-nhiên liệu từ đường ống nạp cho các xi lanh
qua
sự kiện van rời rạc. Điều này diễn ra đồng thời với quá trình thời gian liên tục của dòng chảy
lượng,
thế hệ mô-men xoắn và khả năng tăng tốc. Một mô hình thứ hai cho biết thêm một hệ thống phụ
kích hoạt thêm cung cấp
vòng kín điều khiển tốc độ động cơ thông qua một thiết bị truyền động van tiết lưu.
Những mô hình này có thể được sử dụng như mô phỏng động cơ độc lập. Hoặc, họ có thể được
sử dụng trong một hệ thống lớn hơn
mô hình, chẳng hạn như một chiếc xe và hệ thống truyền động tích hợp mô phỏng, trong sự phát
triển của một kiểm soát lực kéo
hệ thống.
Mô tả mô hình
Mô hình này, dựa trên kết quả được công bố bởi Crossley và Cook (1991), mô tả các mô phỏng
của bốn
đánh lửa xi lanh tia lửa động cơ đốt trong. Các Crossley và Cook làm việc cũng cho thấy một
mô phỏng dựa trên mô hình này đã được xác nhận đối với dữ liệu thử nghiệm lực kế.
Các phần tiếp theo (được liệt kê dưới đây) phân tích các yếu tố chính của mô hình động cơ đã
được xác định bởi
Crossley và Cook:

8. • Throttle
• đa dạng Intake
• Tốc độ dòng Thánh Lễ
• đột quỵ nén
• Mô-men xoắn và khả năng tăng tốc hệ
Lưu ý: các thành phần bổ sung có thể được thêm vào mô hình để cung cấp chính xác cao hơn
trong mô phỏng và
tái tạo chặt chẽ hơn các hành vi của hệ thống.
Phân tích
T
HROTTLE
và Vật lý
Yếu tố đầu tiên của mô phỏng là cơ quan điều tiết. Ở đây, kiểm soát đầu vào là góc của van tiết
lưu
tấm. Tốc độ mà mô hình đưa không khí vào đường nạp khí có thể được thể hiện như các sản
phẩm
hai chức năng-một, một chức năng thực nghiệm chỉ góc tấm ga và các khác, một chức năng của
áp lực khí quyển và đa dạng. Trong trường hợp của áp thấp đa dạng (chân không lớn hơn), dòng
chảy
tỷ lệ thông qua cơ thể điều tiết là âm và chỉ là một chức năng của góc ga. Mô hình này chiếm
Trang 9
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
9
hành vi này áp thấp với một điều kiện chuyển đổi trong các phương trình nén trong
Phương trình 1.1.
˙
() ()
()
.
.
.
.
()
,
,
,

9. ,
m
f
g P
f
g P
P
P
P
PP
P
P
P
P
P
PP
P
P
P
P
P
ai
m
m
m
AMB
AMB
m AMB
m
AMB
m
AMB
m
m AMB
AMB
AMB
m
AMB
=
=
=
-
+
-
=
=

10. ≤
-
≤
≤
-
-
≤
≤
-
θ
θ
θ
θ
θ
θ
tốc độ dòng chảy hàng loạt vào đa dạng (g / s) ở đâu,
góc ga (độ)
2 821 0 05.231
0 10299
0 00063
1
2
2
2
2
2
1
2
3
2
2
m
AMB
m
AMB
P
P
P
≥








11. 



=
=
2
áp lực đa dạng (bar)
môi trường xung quanh (không khí) áp suất (bar)
Phương trình 1.1
Manifold lượng
Các mô hình mô phỏng các ống nạp như một phương trình vi phân cho áp lực đa dạng. Các
sự khác biệt trong tỷ lệ lưu lượng vào và ra đại diện cho tỷ lệ ròng của sự thay đổi của khối
không khí với
theo thời gian. Số lượng này, theo luật khí lý tưởng, là tỷ lệ thuận với thời gian phát sinh của
áp lực đa dạng. Lưu ý rằng, không giống như mô hình của Crossley và Cook, 1991 (1) (xem
thêm tài liệu tham khảo 3
thông qua 5), mô hình này không kết hợp tuần hoàn khí thải (EGR), mặc dù điều này có thể dễ
dàng được
thêm.
˙
˙
˙
P
RT
V
m
m
m
m
ai
áo
=
-
(
)
Phương trình 1.2
ở đâu,
R
T
V
m
P
m
áo
m

12. =
=
=
=
=
hằng số khí cụ thể
temerature (K)
khối lượng đa dạng (m)
tốc độ dòng chảy khối lượng của không khí ra khỏi đường ống (g / s)
tốc độ thay đổi của áp lực đa dạng (bar / s)
3
˙
˙
Lượng Mass Flow Rate
Tỷ lệ lưu lượng không khí mà các mô hình máy bơm vào xi lanh từ các ống được mô tả trong
Phương trình 1.3 bằng một phương trình thực nghiệm có nguồn gốc. Tỷ lệ khối lượng này là một
chức năng của áp lực đa dạng
và tốc độ động cơ.
˙
.
.
.
.
m
NP
NP
NP
áo
m
m
m
= -
+
-
+
0 366 0 08.979
0 0337
0 0001
2
2
Phương trình 1.3
Trang 10
10
S
IMULINK

13. -S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
ở đâu,
N
P
m
=
=
tốc độ động cơ (rad / s)
áp lực đa dạng (bar)
Để xác định tổng số phí không khí bơm vào xi-lanh, mô phỏng tích hợp tốc độ dòng chảy hàng
loạt
từ đường ống nạp và mẫu nó ở cuối của mỗi sự kiện kỳ nạp. Điều này xác định tổng số
khối không khí đó là hiện nay trong mỗi xi lanh sau khi đột quỵ lượng và trước khi nén.
Nén đột quỵ
Trong một nội tuyến bốn xi-lanh động cơ bốn thì, 180 của cuộc cách mạng trục khuỷu tách
đánh lửa của mỗi
xi lanh liên tiếp. Điều này dẫn đến mỗi đốt xi lanh trên tất cả các cuộc cách mạng quay khác.
Trong mô hình này,
lượng, nén, đốt và xả đột quỵ xảy ra đồng thời (tại bất kỳ thời điểm nào, một
xi lanh trong mỗi giai đoạn). Để giải thích cho nén, quá trình đốt cháy đối với từng phí tiêu thụ
chậm
180 quay tay quay từ cuối kỳ nạp.
Mô-men xoắn thế hệ và tăng tốc
Yếu tố cuối cùng của mô phỏng mô tả mô-men xoắn được phát triển bởi các công cụ. Một thực
nghiệm
mối quan hệ phụ thuộc vào khối lượng của không khí phí, tỷ lệ hỗn hợp không khí / nhiên liệu,
trước tia lửa, và
tốc độ động cơ được sử dụng cho việc tính toán mô-men xoắn.
Mô-men xoắn
m
AF
AF
N
N
N
m
m
eng
một
một
một

14. = -
+
+
-
+
-
+
-
+
+
-
181 3 379 36
21 91
0 85
0 26
0 0028
0 027
0 000107
0 00.048
2 55
0 05
2
2
2
2
.
.
. (/)
. (/)
.
.
.
.
.
.
.
σ
σ
σ
σ
σ
Phương trình 1.4
ở đâu,
m
AF
Mô-men xoắn

15. một
eng
=
=
=
=
khối lượng của không khí trong xi lanh để đốt (g)
không khí với tỷ lệ nhiên liệu
trước tia lửa (độ trước khi đầu chết trung tâm
mô-men xoắn được sản xuất bởi các công cụ (Nm)
/
σ
Động cơ mô-men xoắn ít các kết quả mô-men xoắn tải ròng tăng tốc.
JN Mô-men xoắn
Mô-men xoắn
eng
tải
˙
-
Phương trình 1.5
ở đâu,
J
= Công cụ thời điểm quay của quán tính (kg-m
2
)
˙
N
= Công cụ tăng tốc (rad / s
2
)
Trang 11
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
11
Mô hình -
Chúng tôi kết hợp các yếu tố mô hình mô tả ở trên vào một mô hình động cơ sử dụng Simulink.
Các

16. Các vòng hở
phần sau mô tả những quyết định chúng tôi đã thực hiện điều này và các yếu tố quan trọng
Simulink
Mô phỏng
sử dụng. Phần này cho thấy làm thế nào để thực hiện một mô hình động cơ phi tuyến phức tạp dễ
dàng và nhanh chóng trong
Môi trường Simulink. Chúng tôi phát triển mô hình này kết hợp với Ken Butts, Công ty Ford
Motor (2).
Hình 1.1 cho thấy mức độ đầu của mô hình Simulink. Lưu ý rằng, nói chung, các khối lớn tương
ứng
vào danh sách cấp cao của các chức năng được đưa ra trong các mô tả mô hình trong phần tóm
tắt trước đó. Tham gia
tận dụng khả năng mô hình thứ bậc của Simulink, hầu hết các khối trong hình 1.1 được tạo thành
khối nhỏ hơn. Đoạn văn sau đây mô tả các khối nhỏ hơn.
chọn Start từ
các mô phỏng
đơn để chạy
Thời gian động cơ Model trong Simulink 2
Một diễn của hệ thống con do kích thích
1
tốc độ quay
(Rad / s)
N
edge180
van thời gian
DEG ga (màu tím)
tải có mô men Nm (màu vàng)
ga
(Độ)
30/pi
rad / s
để
rpm
Teng
Tload
N
Xe
Động lực
Ga Ang.
Tốc độ động cơ, N
Luồng không khí khối lượng Tỷ lệ
Ga & Manifold
MUX
s
1
Lượng

17. Động cơ
Tốc độ
(Rpm)
Tải
Mô-men xoắn kéo
khối lượng (k +1)
khối lượng (k)
kích hoạt
Nén
Không khí phí
N
Mô-men xoắn
Đốt
Hình 1.1: Các cấp trên của mô hình động cơ Simulink
Ga / Manifold
Mô hình Simulink cho ga và ăn đa dạng hệ thống con được thể hiện trong hình 1.2. Ga
van cư xử một cách phi tuyến và được mô phỏng như một hệ thống phụ với ba đầu vào. Simulink
thực hiện các phương trình cá nhân, được đưa ra trong phương trình 1.1 như các khối chức năng.
Những cung cấp một
cách thuận tiện để mô tả một phương trình phi tuyến của một số biến. Một khối tắc xác định xem
dòng chảy là âm bằng cách so sánh tỷ lệ áp ngưỡng chuyển đổi của nó, được thiết lập tại một nửa
(phương trình
1.1). Trong chế độ âm thanh, tốc độ dòng chảy là một chức năng của chỉ vị trí bướm ga. Hướng
dòng chảy là
từ cao đến áp suất thấp hơn, được xác định bởi khối Đăng nhập. Với điều này trong tâm trí, khối
Min
đảm bảo rằng các tỷ lệ áp suất luôn luôn là sự thống nhất hoặc ít hơn.
Trang 12
12
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Đường ống nạp được mô hình hóa bởi các phương trình vi phân như mô tả trong phương trình
1.2 để tính toán
áp lực đa dạng. Một chức năng Simulink khối cũng tính tốc độ dòng chảy hàng loạt vào xi-lanh,
một
chức năng của áp lực đa dạng và tốc độ động cơ (phương trình 1.3).
Ga Manifold Dynamics
1
Luồng không khí khối lượng Tỷ lệ

18. Ga Angle, theta (độ)
Đa dạng áp lực, Pm (bar)
Không khí áp suất, Pa (bar)
Ga Lưu lượng, Mdot (g / s)
Ga
Hạn chế để tích cực
Mdot đầu vào (g / s)
N (rad / s)
Mdot để xi lanh (g / s)
Đa dạng áp lực, Pm (bar)
Manifold lượng
1.0
Khí quyển
Áp lực, Pa
(Bar)
2
Tốc độ động cơ, N
1
Ga Ang.
Ga Lưu lượng so với Van góc và áp
1
Ga
Dòng chảy, Mdot
(G / s)
2 * sqrt (u - u * u)
g (pratio)
hướng dòng chảy
2,821-0,05231 * u + 0,10299 * u * u - 0,00063 * u * u * u
f (theta)
1.0
Lưu lượng âm thanh
phút
3
Áp suất khí quyển,
Pa (bar)
2
Áp suất đa dạng,
Pm (bar)
1
Ga Angle,
theta (độ)
pratio
Lượng Manifold hút chân không
2
Áp suất đa dạng,
Pm (bar)

19. 1
Mdot để
Xi lanh
(G / s)
s
1
p0 = 0.543 thanh
0,41328
RT / Vm
-0,366 + 0,08979 * u [1] * u [2] - 0,0337 * u [2] * u [1] * u [1] + 0,0001 * u [1] * u [2] * u [2]
Bơm
Mu
2
N (rad / s)
1
Mdot đầu vào
(G / s)
Hình 1.2: Throttle và Intake Manifold hệ thống con
Trang 13
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
13
Lượng và nén
Một tích hợp tích lũy xi lanh luồng không khí đoàn thể trong khối Intake. Các
Van Timing
các vấn đề khối
xung tương ứng với vị trí quay cụ thể để quản lý lượng và nén
thời gian. Các sự kiện xảy ra mỗi van quay cam, hay mỗi 180 quay trục khuỷu. Mỗi sự kiện
gây nên một
thực hiện duy nhất của các hệ thống phụ nén. Đầu ra của khối kích hoạt trong nén
hệ thống phụ sau đó nguồn cấp dữ liệu trở lại để thiết lập lại tích hợp Intake. Bằng cách này, mặc
dù cả hai gây nên khái niệm
xảy ra ở ngay lập tức cùng thời gian, sản lượng tích hợp được xử lý bởi các
Nén
ngăn chặn ngay lập tức
trước khi được đặt lại. Chức năng, các hệ thống phụ nén sử dụng một khối đơn vị trễ để chèn 180
(một

20. thời gian sự kiện) của sự chậm trễ giữa lượng và đốt cháy mỗi lần sạc điện không khí.
Xem xét một chu kỳ bốn thì hoàn chỉnh cho một xi lanh. Trong kỳ nạp, khối Intake
tích hợp tốc độ dòng chảy khối lượng từ đa dạng. Sau khi 180 quay tay quay, van nạp đóng và
khối đơn vị chậm trễ trong các mẫu nén hệ thống phụ trạng thái tích hợp. Giá trị này,
phụ trách khối lượng tích lũy, có sẵn ở đầu ra của các hệ thống phụ nén 180 sau để sử dụng
trong
đốt. Trong đột quỵ đốt, quây tăng tốc do mô-men xoắn được tạo ra. Trận chung kết
180 kỳ xả, kết thúc với một thiết lập lại của các nhà tích hợp Intake, chuẩn bị cho hoàn chỉnh
720 tiếp theo
chu kỳ của xi lanh đặc biệt này.
Đối với bốn xi-lanh, chúng ta có thể sử dụng bốn khối Intake, bốn hệ thống con nén, vv, nhưng
mỗi người sẽ được
nhàn rỗi 75% thời gian. Chúng tôi đã thực hiện việc thực hiện hiệu quả hơn bằng cách thực hiện
các nhiệm vụ của tất cả bốn
xi lanh với một tập hợp các khối. Điều này có thể bởi vì, ở mức độ chi tiết chúng tôi đã mô hình
hóa, mỗi chức năng
chỉ áp dụng cho một xi lanh tại một thời điểm.
Đốt
Động cơ mô-men xoắn là một chức năng của bốn biến. Mô hình này sử dụng một khối Mux để
kết hợp các biến vào
một vector cung cấp đầu vào cho các khối mô-men xoắn Gen. Ở đây, một khối chức năng tính
toán mô-men xoắn động cơ,
như mô tả thực nghiệm trong phương trình 1.4. Mô-men xoắn mà tải động cơ, tính bằng chức
năng bước
trong khối Kéo Mô-men xoắn, được trừ trong các hệ thống phụ xe Dynamics. Sự khác biệt chia
cho
quán tính sản lượng gia tốc, được tích hợp để đi đến tốc độ động cơ trục khuỷu.
Kết quả
Chúng tôi đã lưu mô hình Simulink trong file
engine.mdl
mà có thể được mở bằng cách gõ
động cơ
tại
M
ATLAB
nhắc nhở. Chọn Start từ menu mô phỏng để bắt đầu mô phỏng. Phạm vi Simulink
cửa sổ hiển thị tốc độ động cơ, các lệnh ga mà lái xe mô phỏng, và mô-men xoắn tải
mà làm nhiễu loạn nó. Hãy thử điều chỉnh van tiết lưu để bù đắp cho mô-men xoắn tải.
Hình 1.3 cho thấy tốc độ động cơ mô phỏng cho các đầu vào mặc định:
Ga (độ)
. ,
. ,
=
≥



21. 
8 97
11 93
t <5
t 5
Trang 14
14
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Tải Nm
(
)
≤
<<
≥





25,
t 2
20, 2 t 8
25,
t 8
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
500
1000

22. 1500
2000
2500
3000
3500
thời gian (giây)
tốc độ động cơ (RPM)
Mô phỏng động cơ
Hình 1.3: Tốc độ động cơ mô phỏng
Lưu ý các hành vi như góc ga và tải thay đổi mô-men xoắn.
Mô hình -
S
Đi tiểu
C
ONTROL
Các vòng kín
Model cải tiến sau đây chứng minh sự linh hoạt và khả năng mở rộng các mô hình Simulink.
Trong
Mô phỏng
mô hình nâng cao, mục tiêu của bộ điều khiển là điều chỉnh tốc độ động cơ với một thiết bị
truyền động điều tiết nhanh chóng,
như vậy mà thay đổi trong mô-men xoắn tải có hiệu lực tối thiểu. Điều này có thể dễ dàng thực
hiện trong Simulink bằng cách thêm
PI điều khiển rời rạc thời gian để các mô hình động cơ như thể hiện trong hình 1.4.
Mô hình này được lưu trữ trong tập tin
enginewc.mdl,
mà có thể được mở bằng cách gõ
enginewc
tại M
ATLAB
dấu nhắc lệnh. Này đại diện cho mô hình động cơ tương tự mô tả trước đây nhưng với vòng kín
kiểm soát.
Trang 15
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
15
Closed Loop Động cơ điều khiển tốc độ

23. chọn Start từ
các mô phỏng
đơn để chạy
1
tốc độ quay
(Rad / s)
N
edge180
van thời gian
DEG ga (màu tím)
tải có mô men Nm (màu vàng)
tốc độ
bộ
30/pi
rad / s
để
rpm
Tải
kéo mô-men xoắn
Teng
Tload
N
Xe
Động lực
Ga Ang.
Tốc độ động cơ, N
Luồng không khí khối lượng Tỷ lệ
Ga & Manifold
MUX
s
1
Lượng
Động cơ
Tốc độ
(Rpm)
Mong muốn rpm
N
Ga Setting
Điều khiển
khối lượng (k +1)
khối lượng (k)
kích hoạt
Nén
Không khí phí
N

24. Mô-men xoắn
Đốt
Hình 1.4: Một bộ điều khiển PI thời gian rời rạc được thêm vào mô hình động cơ
để điều chỉnh tốc độ
Chúng tôi chọn một luật kiểm soát trong đó sử dụng tỷ lệ cộng với tích phân (PI) điều khiển.
Tích hợp là cần thiết để
điều chỉnh van tiết lưu trạng thái ổn định như những thay đổi điểm hoạt động, và thời hạn tỷ lệ
thuận đền bù cho
giai đoạn trễ giới thiệu bởi các nhà tích hợp.
θ =
-
+
-
=
=
∫
KN
N
K
N
N dt
N
K
K
p
bộ
Tôi
bộ
bộ
p
Tôi
(
)
(
),
tốc độ thiết lập điểm
= Đạt được tỷ lệ thuận
tích phân
Phương trình 1.6
Một bộ điều khiển thời gian rời rạc, phù hợp để thực hiện bộ vi xử lý, được sử dụng. Thuật ngữ
không thể thiếu trong
Phương trình 1.6 do đó phải được thực hiện với một xấp xỉ thời gian rời rạc.
Như là điển hình trong ngành công nghiệp, thực hiện điều khiển được đồng bộ với trục khuỷu
của động cơ
quay. Bộ điều khiển được nhúng vào trong một hệ thống phụ được kích hoạt được kích hoạt bởi
các tín hiệu van thời gian

25. mô tả ở trên. Các chi tiết xây dựng của các hệ thống phụ điều khiển được minh họa trong hình
1.5. Đáng chú ý
là việc sử dụng của tích hợp rời rạc thời gian khối với thông số thiết lập thời gian mẫu của nó
(nội bộ) -1. Này
chỉ ra rằng khối nên kế thừa mẫu thời gian của nó, trong trường hợp này thực hiện mỗi khi hệ
thống con là
kích hoạt. Các thành phần quan trọng mà làm cho một hệ thống phụ được kích hoạt là khối Kích
hoạt hiển thị ở
dưới của hình 1.5. Bất kỳ hệ thống phụ có thể được chuyển đổi sang một hệ thống phụ được kích
hoạt bằng cách kéo một bản sao của
ngăn chặn vào sơ đồ hệ thống con từ thư viện kết nối Simulink.
Trang 16
16
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Kích hoạt điều khiển PI
1
Ga Setting
pi/30
rpm
để
rad / s
tích hợp đầu vào
đầu ra điều khiển
cho phép tích hợp
ngăn chặn windup
giới hạn
sản lượng
Kp
Tỷ lệ tăng
Ki
Thiếu Gain
T
z -1
Thời gian rời rạc
Tích hợp
0
2 N
1

26. Mong muốn
rpm
Hình 1.5: Tốc độ điều khiển hệ thống con
Kết quả
Kết quả mô phỏng điển hình được thể hiện trong hình 1.6. Tốc độ thiết lập bước điểm 2000-3000
RPM
tại t = 5 giây. Các rối loạn mô-men xoắn là giống hệt nhau để được sử dụng trong ví dụ trước.
Lưu ý nhanh chóng
phản ứng thoáng qua, với số không lỗi trạng thái ổn định.
Nhiều lên dây điều khiển thay thế được hiển thị. Đây có thể được điều chỉnh bởi người sử dụng
tại M
ATLAB
dòng lệnh. Điều này cho phép các kỹ sư để hiểu được ảnh hưởng tương đối của các biến thể tham
số.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
thời gian (giây)
tốc độ động cơ (RPM)
Đóng vòng điều khiển tốc độ động cơ
Kp = 0.05, Ki = 0,1
Kp = 0.033, Ki = 0,064
Kp = 0,061, Ki = 0,072
Hình 1.6: Kết quả mô phỏng tiêu biểu
Trang 17
U
SING
S
IMULINK VÀ

27. S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
17
Kết luận
Khả năng mô hình phi tuyến, hệ thống phức tạp, chẳng hạn như mô hình động cơ mô tả ở đây, là
một trong những
Tính năng chính của Simulink. Sức mạnh của mô phỏng là điều hiển nhiên trong việc trình bày
các mô hình trên.
Simulink giữ lại mô hình trung thực, bao gồm các sự kiện ăn xi lanh chính xác theo thời gian, mà
là rất quan trọng trong
tạo ra một mô hình của loại này. Hai mô hình khác nhau, các công cụ cơ bản và kiểm soát tốc độ
hoàn thành
hệ thống, thể hiện sự linh hoạt của Simulink. Đặc biệt, phương pháp tiếp cận mô hình Simulink
cho phép
tạo mẫu nhanh chóng của một bộ điều khiển tốc độ động cơ ngắt định hướng.
Tài liệu tham khảo
1. PR Crossley và JA Cook, IEE Hội nghị quốc tế "kiểm soát 91, Hội nghị Công bố 332,
vol. 2, trang 921-925, 25-ngày 28 Tháng Ba, 1991, Edinburgh, Vương quốc Anh
2. Mô hình Simulink. Phát triển bởi Ken Butts, Công ty Ford Motor. Sửa đổi bởi Paul Barnard,
Ted
Liefeld và Stan Quinn, The MathWorks, Inc 1994-7.
3. JJ Moskwa và JK Hedrick, "Công cụ mô hình hóa ô tô cho thời gian thực kiểm soát ứng
dụng,"
Proc.1987 ACC, trang 341-346.
4. BK Powell và JA Cook, "phi tuyến tần số thấp Hiện tượng động cơ mô hình hóa và
Phân tích, "Proc. 1987 ACC, trang 332-340.
5. Tuần RW và JJ Moskwa, "Công cụ mô hình hóa ô tô cho Real-Time Control Sử dụng
MATLAB / Simulink, "1995 giấy 950.417 SAE Intl. Công..
Trang 18
18
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
II.Một
NTI
-L

28. OCK
B
Cào
S
Ystem
Tóm tắt
Ví dụ này mô tả một mô hình đơn giản cho một hệ thống phanh chống bó (ABS). Mô hình
absbrake.mdl
mô phỏng các hành vi năng động của một chiếc xe trong điều kiện cứng phanh. Mô hình
đại diện cho một bánh xe duy nhất, có thể được nhân rộng một số lần để tạo ra một mô hình cho
một đa bánh xe
xe. Sơ đồ khối Simulink được thể hiện trong hình 2.1.
ABS phanh mẫu
Phát triển bởi Larry Michaels
MathWorks, Inc
s
1
khoảng cách dừng
Nhấp đúp chuột vào
để chạy mô hình
mu trượt
đường cong ma sát
Kf
lực &
mô-men xoắn
Bánh xe
Tốc độ
m * g / 4
Trọng lượng
s
1
Xe
tốc độ
thời gian
slp
yout
DỪNG
Rr
1.0 - u (1) / (u (2) + (u (2) == 0) * eps)
Trượt tương đối
x
100
TB.s 1
Lag thủy lực
0.2
Mong muốn

29. tương đối
trượt
Ctrl
Phanh
áp lực
Bang bang
điều khiển
1/Rr
1 / Tôi
-1 / M
Ff
mô-men xoắn lốp
mô-men xoắn phanh
s
1
s
1
Hình 2.1: Mô phỏng các hành vi năng động của một chiếc xe trong điều kiện cứng phanh
Phân tích và
Bánh xe quay với vận tốc ban đầu tương ứng với tốc độ xe trước khi phanh được áp dụng.
Vật lý
Chúng tôi sử dụng tích hợp riêng biệt để tính toán tốc độ bánh xe và tốc độ xe. Hai tốc độ được
sử dụng để
tính toán trượt, được xác định bởi
ω
ω
ω
v
v
r
w
v
VR
trượt
=
= -
/
1
Phương trình 2.1
ở đâu,
ω
ω
v
v
r
w

30. V
R
=
=
=
=
tốc độ xe, trong điều khoản của bánh xe vận tốc góc tương ứng
vận tốc xe tuyến tính
bán kính bánh xe
bánh xe vận tốc góc
Từ những mối quan hệ chúng ta thấy trượt đó là 0 khi tốc độ bánh xe
w
) Và tốc độ của xe tương ứng
v
) Đều bình đẳng, và trượt là 1 khi các bánh xe bị khóa
w
= 0). Một giá trị trượt mong muốn là 0,2, có nghĩa là
rằng số lượng các cuộc cách mạng bánh xe bằng 0,8 lần số lượng các cuộc cách mạng dưới
nonbraking
Trang 19
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
19
điều kiện với vận tốc cùng một chiếc xe. Này tối đa hóa độ bám dính giữa lốp và đường
giảm thiểu khoảng cách dừng lại với ma sát có sẵn.
Mô hình
Các biểu tượng, đại diện cho hệ số ma sát giữa lốp xe và mặt đường, là một thực nghiệm
chức năng trượt, được gọi là đường cong trượt. Chúng tôi tạo ra đường cong trượt sử dụng M
ATLAB
biến là
đưa vào sơ đồ khối sử dụng một bảng tra cứu Simulink. Mô hình này sẽ nhân ma sát
hệ số, bởi trọng lượng trên bánh xe, W, để mang lại lực ma sát, Ff, diễn xuất trên chu vi của
lốp. FF được chia cho khối lượng xe giảm tốc độ để cung cấp cho chiếc xe, trong đó mô hình
tích hợp để
được vận tốc xe. Trong mô hình này, chúng tôi sử dụng một bộ điều khiển chống bó cứng phanh
lý tưởng, có sử dụng "đập-

31. đập "kiểm soát dựa trên các lỗi giữa thực tế và trượt trượt mong muốn. Chúng tôi thiết lập các
phiếu mong muốn đến
giá trị của phiếu mà tại đó các đường cong trượt đạt đến một giá trị cao nhất, đây là giá trị tối
ưu cho tối thiểu
khoảng cách phanh
1
.
Bằng cách trừ đi trượt từ trượt mong muốn, và cho ăn tín hiệu này vào một điều khiển bang-bang
(+1 hoặc -1,
tùy thuộc vào dấu hiệu của lỗi), mô hình điều khiển tốc độ thay đổi của áp lực phanh. Này on /
off
tỷ lệ đi qua một độ trễ bậc nhất đại diện cho sự chậm trễ liên quan đến các dòng thủy lực của
hệ thống phanh. Mô hình này sau đó tích hợp tốc độ lọc để mang lại áp lực phanh thực tế.
Tin.Tập
tín hiệu, nhân với diện tích piston và bán kính đối với các bánh xe (KF) với, là mô-men xoắn
phanh áp dụng
để bánh xe. Mô hình này cũng sẽ nhân lực ma sát trên bánh xe bằng cách bán kính bánh xe, R
r
, Để cung cấp cho các
tăng mô-men xoắn của mặt đường trên bánh xe. Mô-men xoắn phanh được trừ để cung cấp cho
các mô-men xoắn ròng
trên bánh xe. Chia mô-men xoắn ròng bánh xe quán tính quay, tôi, mang lại khả năng tăng tốc
bánh xe,
mà sau đó được tích hợp để cung cấp tốc độ bánh xe. Để ngăn chặn tốc độ bánh xe và tốc độ xe
từ
đi tiêu cực, tích hợp hạn chế được sử dụng trong mô hình này.
Kết quả
Hình 2.2 và Hình 2.3 âm mưu kết quả của một tính toán mô phỏng cho một tập hợp các thông số.
Hình 2.2
cho thấy các bánh xe vận tốc góc,
w
, Và tương ứng với xe vận tốc góc,
v
, Trong đó cho thấy rằng
ω
w
trú dưới
v
mà không cần khóa lên, với tốc độ của xe sẽ không trong vòng chưa đầy 15 giây.
1
Trong một chiếc xe thực tế, trượt không thể đo trực tiếp, vì vậy thuật toán điều khiển này là
không thực tế. Đó là
được sử dụng trong ví dụ này để minh họa cho khái niệm xây dựng một mô hình mô phỏng như
vậy. Thực
giá trị kỹ thuật của một mô phỏng như thế này là trong việc chứng minh khả năng của khái niệm
kiểm soát trước

32. để giải quyết các vấn đề cụ thể thực hiện.
Trang 20
20
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
0
5
10
15
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Tốc độ xe và bánh xe tốc độ
Tốc độ (rad / s)
Thời gian (giây)
Tốc độ xe (
ω
v
)
Tốc độ bánh xe (
ω
w
)
Hình 2.2: Mô phỏng cho thấy các bánh xe và tương ứng
xe vận tốc góc,
w
và
v
0
5
10
15
0

33. 0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Trượt
Thời gian (giây)
Hình 2.3: trượt bánh xe bình thường hóa
Để làm cho kết quả có ý nghĩa hơn, hãy xem xét các hành vi xe không ABS. Tại M
ATLAB
dòng lệnh, thiết lập các biến mô hình
ctrl = 0
. Như có thể thấy trong hình 2.1, điều này ngắt kết nối trượt
thông tin phản hồi từ bộ điều khiển, kết quả phanh tối đa. Các kết quả được thể hiện trong hình
2.4
và 2,5.
Trang 21
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
21
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
10

34. 20
30
40
50
60
70
80
Tốc độ xe (
ω
v
)
Tốc độ bánh xe (
ω
ω
)
Tốc độ xe và bánh xe tốc độ
Thời gian (giây)
Tốc độ (rad / s)
Hình 2.4: Bánh xe và xe vận tốc góc tương ứng,
w
và
v
, Mà không có ABS
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Phiếu bình thường
Thời gian (giây)
Hình 2.5: Bình thường trượt bánh xe, mà không có ABS
Trong hình 2.4 quan sát rằng các bánh xe bị treo trong khoảng bảy giây và phanh, từ thời điểm
đó,
được áp dụng trong một phần ít hơn, tối ưu của đường cong trượt. Đó là, khi trượt = 1, như trong
hình 2.5, lốp

35. được trượt rất nhiều trên vỉa hè mà lực ma sát giữa hai đã giảm đi.
Trang 22
22
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Đây là, có lẽ, có ý nghĩa hơn về sự so sánh thể hiện trong hình 2.6. Khoảng cách đi du lịch
bởi chiếc xe được vẽ cho hai trường hợp. Nếu không có ABS, bám càng xe về thêm 100 feet, có
tính
khoảng ba giây thời gian hơn để đến một điểm dừng.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Cứng phanh có và không có ABS
Thời gian (giây)
khoảng cách dừng (feet)
không có ABS
ABS
Hình 2.6: mô phỏng so sánh hiệu suất
Kết luận
Mô hình này thể hiện như thế nào Simulink có thể được sử dụng để mô phỏng một hệ thống
phanh dưới tác động của một

36. ABS điều khiển. Bộ điều khiển trong ví dụ này là lý tưởng hóa, nhưng bất kỳ thuật toán điều
khiển được đề xuất có thể
được sử dụng trong vị trí của nó để đánh giá hiệu suất của hệ thống.
Real-Time Hội thảo có thể được sử dụng với Simulink như một công cụ có giá trị cho tạo mẫu
nhanh của
thuật toán đề xuất. Mã C được tạo ra và biên dịch cho các phần cứng điều khiển để kiểm tra các
khái niệm trong một
xe. Điều này làm giảm đáng kể thời gian cần thiết để chứng minh những ý tưởng mới bằng cách
cho phép thử nghiệm thực tế đầu
trong chu kỳ phát triển.
Cho một mô phỏng hệ thống phanh phần cứng-in-the-loop, chúng tôi sẽ loại bỏ các điều khiển
bang-bang và
chạy các phương trình của chuyển động trên phần cứng thời gian thực để cạnh tranh với các bánh
xe và chiếc xe năng động. Chúng tôi
sẽ làm điều này bằng cách tạo ra các mã thời gian thực C trong mô hình này bằng cách sử dụng
Hội thảo thời gian thực. Chúng ta có thể
sau đó kiểm tra một bộ điều khiển ABS thực tế của interfacing nó vào phần cứng thời gian thực
thời gian đó sẽ chạy
mã được tạo ra. Trong kịch bản này, các mô hình thời gian thực sẽ gửi tốc độ bánh xe để điều
khiển, và các
bộ điều khiển sẽ gửi hành động phanh cho mô hình.
Trang 23
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
23
III.
C
LUTCH
E
NGAGEMENT
M
ODEL
Tóm tắt
Ví dụ này cho thấy việc sử dụng Simulink để mô hình và mô phỏng một hệ thống ly hợp quay.
Mặc dù mô hình hóa một hệ thống ly hợp gặp khó khăn do thay đổi topo trong các động thái hệ
thống

37. trong trại giam, ví dụ này cho thấy tính năng kích hoạt hệ thống con của Simulink dễ dàng xử lý
như vậy
vấn đề. Chúng tôi minh họa cách sử dụng khái niệm mô hình Simulink quan trọng trong việc tạo
ra các
mô phỏng ly hợp. Nhà thiết kế có thể áp dụng những khái niệm này với nhiều mô hình với gián
đoạn mạnh mẽ và
hạn chế có thể thay đổi tự động.
Hệ thống ly hợp trong ví dụ này bao gồm hai tấm mà truyền mô-men xoắn giữa động cơ và
truyền. Có hai chế độ khác nhau của hoạt động: trượt, nơi hai tấm đã khác nhau
vận tốc góc và trại giam, nơi hai tấm xoay với nhau. Xử lý quá trình chuyển đổi giữa các
hai chế độ là một thách thức mô hình. Như hệ thống mất một mức độ tự do trên trại giam, các
mô-men xoắn truyền đi qua một bước gián đoạn. Tầm quan trọng của mô-men xoắn giảm từ
giá trị tối đa được hỗ trợ bởi khả năng ma sát với giá trị đó là cần thiết để giữ cho hai nửa của
các hệ thống quay ở mức tương tự. Quá trình chuyển đổi ngược lại, break-ngoài, tương tự như
vậy là thử thách, là
mô-men xoắn truyền qua các tấm ly hợp vượt quá khả năng ma sát.
Có hai phương pháp để giải quyết loại vấn đề này:
1. Tính toán các mô-men xoắn ly hợp truyền ở tất cả các lần, và sử dụng giá trị này trực tiếp
trong mô hình
2. Sử dụng hai mô hình động khác nhau và chuyển đổi giữa chúng vào những thời điểm thích
hợp
Vì khả năng tổng thể của nó, Simulink có thể mô hình trong hai phương pháp. Trong ví dụ này,
chúng tôi mô tả một
mô phỏng cho phương pháp thứ hai. Trong phương pháp thứ hai, chuyển đổi giữa hai mô hình
động phải
được thực hiện với việc chăm sóc để đảm bảo rằng các quốc gia khởi tạo của các mô hình mới
phù hợp với các giá trị nhà nước
ngay lập tức trước khi chuyển đổi. Nhưng, trong cả hai cách tiếp cận, tạo điều kiện cho Simulink
mô phỏng chính xác do
khả năng nhận biết những khoảnh khắc chính xác mà tại đó quá trình chuyển đổi giữa các trại
giam và bị trượt xảy ra.
Phân tích và
Hệ thống ly hợp được phân tích bằng một mô hình gộp tham số, theo cấu hình hiển thị
Vật lý
trong hình 3.1.
Hình 3.1: Hệ thống ly hợp, phân tích sử dụng một mô hình gộp tham số
Tôi
e
Tôi
v
F
n
ω
v
T
trong

38. ω
e
Trang 24
24
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Các biến sau đây được sử dụng trong phân tích và mô hình hóa.
T
F
II
bb
rr
R
T
T
trong
n
e
v
e
v
k
s
e
v
c
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
đầu vào (động cơ) mô-men xoắn
lực lượng bình thường giữa các tấm ma sát
khoảnh khắc quán tính cho động cơ và cho việc truyền tải / xe

39. giảm xóc giá tại theengine và truyền tải / xe mặt của ly hợp
hệ số động và tĩnh của ma sát
,
tốc độ góc của động cơ và truyền tải trục đầu vào
bán kính bên trong và bên ngoài của bề mặt tấm ma sát ly hợp
bán kính ròng tương đương
mô-men xoắn truyền qua ly hợp
mô-men xoắn ma sát cần ly hợp để duy trì trại giam
,
,
,
,
μμ
ωω
1 2
1
1
Các phương trình trạng thái của hệ thống cùng có nguồn gốc như sau:
Tôi
T
b
T
Tôi
T
b
e
e
trong
e
e
cl
v
v
cl
vv
˙
˙
ω
ω
ω
ω
=
-
-
=
-

40. Phương trình 3.1
Năng lực mô-men xoắn của ly hợp là một chức năng của các đặc tính kích thước, ma sát của nó,
và các lực lượng bình thường mà
được áp dụng.
T
Một
da
F
r
r
r DRD
RF
R
r
r
r
r
f
Một
n
r
r
n
max
(
)
,
(
)
(
)
=
×
=
-
=
=
-
-
∫ ∫
∫ ∫
r F
f
μ
π
θ

41. μ
π
2
2
1
2
2
0
2
2
3
2
3
1
3
2
2
1
2
1
2
Khi ly hợp bị trượt, mô hình sử dụng các hệ số động học của ma sát và đủ khả năng là
có sẵn, theo hướng chống lại trượt.
T
RF
T
T
fmaxk
nk
cl
e
v
fmaxk
=
=
-
2
3
μ
ω
ω
sgn (
)
Phương trình 3.3
Khi ly hợp bị khóa,
e

42. =
v
= và các hành vi hệ thống mô-men xoắn vào quán tính kết hợp như một đĩa đơn
đơn vị. Vì vậy, chúng tôi kết hợp các phương trình vi phân (phương trình 3.1) vào một phương
trình duy nhất cho trạng thái bị khóa.
(
) ˙
(
)
Tôi
Tôi
T
b
b
e
v
trong
e
v
+
=
-
+
ω
ω
Phương trình 3.4
Giải quyết (phương trình 3.1) và (phương trình 3.4), mô-men xoắn truyền qua ly hợp trong khi
khóa là:
Phương trình 3.2
Trang 25
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
25
T
T
CNTT
Tôi b tôi b

43. Tôi
Tôi
cl
f
v trong
đã
ev
v
e
=
=
-
-
+
(
)
Phương trình 3.5
Ly hợp như vậy, vẫn còn bị khóa trừ khi độ lớn của T
f
vượt quá khả năng ma sát tĩnh, T
fmaxs
, nơi
T
RF
fmaxs
n
s
=
2
3
μ
Phương trình 3.6
Một sơ đồ nhà nước mô tả các hành vi tổng thể.
Hình 3.2: Sơ đồ nhà nước mô tả quá trình chuyển đổi chế độ ma sát
Mô hình
Các mô hình mô phỏng cho hệ thống ly hợp (
clutch.mdl
) Làm cho việc sử dụng kích hoạt hệ thống con, một
tính năng đặc biệt hữu ích trong Simulink. Các mô phỏng có thể sử dụng một hệ thống con trong
khi ly hợp là
trượt và một khi nó được khóa. Một sơ đồ của mô hình Simulink xuất hiện trong hình 3.3.
Bị khóa
(
) ˙
(
)

44. Tôi
Tôi
T
b
b
T
T
e
v
trong
e
v
v
e
cl
f
+
=
-
+
=
=
=
ω
ω
ω
ω
ω
ω
ω
e
v
f
fmaxs
và
T
T
=
≤
T
T
f
fmaxs
>
Trượt
Tôi

45. T
b
T
Tôi
T
b
T
T
e
e
trong
e
e
cl
v
v
cl
vv
cl
e
v
fmaxk
˙
˙
sgn (
)
ω
ω
ω
ω
ω
ω
=
-
-
=
-
=
-
Trang 26
26
S
IMULINK
-S
TATEFLOW

46. T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Mẫu ly hợp trong Simulink 2
Một diễn của hệ thống con Bật
8
Tối đa ma sát tĩnh Mô-men xoắn
7
FrictionTorque
Yêu cầu
cho Lockup
6
BreakApart
Cờ
5
giam
Cờ
4
Bị khóa
Cờ
3
w
2
wv
1
chúng tôi
Tfmaxk
Tin
chúng tôi
wv
Mở khóa
Tin
w
Bị khóa
Tin
Tfmaxs
bị khóa
khóa
mở khóa
Tf
Chế độ ma sát logic
Fn
Tfmaxk
Tfmaxs
Ma sát

47. Mô hình
Tin
Động cơ
Mô-men xoắn
Fn
Chân
Đạp
ly hợp mở khóa
ly hợp bị khóa
Hình 3.3: Mô hình Simulink cấp cao nhất
Các hệ thống phụ đầu tiên,
Mở khóa
, Mô hình cả hai mặt của ly hợp, cùng các mô-men xoắn ma sát. Nó là
xây dựng xung quanh các khối tích hợp đại diện cho hai tốc độ, như thể hiện trong hình 3.4. Các
mô hình sử dụng đạt được, nhân, và tổng kết khối để tính toán các dẫn xuất tốc độ (tăng tốc)
từ các quốc gia và các đầu vào hệ thống phụ của mô-men xoắn động cơ, Tín, và năng lực ly hợp,
Tfmaxk.
Hệ thống con được kích hoạt, chẳng hạn như mở khóa, tính năng một số đặc điểm đáng chú ý
khác. Kích hoạt tính năng
khối ở phía trên của sơ đồ trong hình 3.4 xác định các mô hình như một hệ thống phụ được kích
hoạt. Để tạo ra một
kích hoạt hệ thống phụ, chúng tôi nhóm các khối với nhau giống như bất kỳ hệ thống phụ khác.
Sau đó chúng ta chèn một phép
chặn từ thư viện kết nối Simulink. Điều này có nghĩa rằng:
1.
Một đầu vào cho phép xuất hiện trên các khối hệ thống phụ, xác định bởi biểu tượng xung hình
chữ sử dụng trên
Cho phép khối chính nó.
2.
Các hệ thống phụ thực hiện chỉ khi tín hiệu tại cho phép đầu vào lớn hơn số không.
Trong ví dụ này, các hệ thống phụ Unlocked thực hiện chỉ khi hệ thống logic giám sát xác định
rằng nó phải được kích hoạt.
Trang 27
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
27
2

48. wv
1
chúng tôi
[Locked_w]
W0
[Locked_w]
W0
W_Sum
s
1
Xe
Tích hợp
1/Iv
Xe
bv
Xe
Giảm xóc
V_Sum
Đăng nhập
Tối đa
Năng động
Ma sát
Mô-men xoắn
unlocked_wv
unlocked_we
s
1
Động cơ
Tích hợp
1/Ie
Động cơ
được
Động cơ
Giảm xóc
E_Sum
Cho phép
2
Tin
1
Tfmaxk
Hình 3.4: Hệ thống con Unlocked
Còn có một yếu tố quan trọng khi sử dụng hệ thống có thể được kích hoạt hay vô hiệu hóa. Khi
hệ thống được kích hoạt, các mô phỏng phải reinitialize các nhà tích hợp để bắt đầu mô phỏng từ
chính xác

49. điểm. Trong trường hợp này, cả hai mặt của ly hợp đang di chuyển ở vận tốc cùng thời điểm nó
mở ra. Các
Hệ thống con mở khóa, mà đã không hoạt động, cần phải khởi tạo cả hai tích hợp ở tốc độ đó để
để giữ cho tốc độ hệ thống liên tục.
Mô phỏng sử dụng từ khối để giao tiếp tình trạng tốc độ khóa để các điều kiện ban đầu
đầu vào của hai nhà tích hợp. Từ mỗi khối đại diện cho một kết nối vô hình giữa nó và một
Chuyển đến chặn ở một nơi khác trong hệ thống. Chuyển đến các khối kết nối với các cảng nhà
nước của các nhà tích hợp để
rằng mô hình có thể sử dụng các tiểu bang khác trong hệ thống mà không rõ ràng vẽ trong kết
nối
dòng.
Khối kích hoạt khác nhìn thấy trong sơ đồ khối cấp cao nhất là các hệ thống phụ đã bị khoá, thể
hiện trong hình 3.5.
Mô hình này sử dụng một nhà nước duy nhất để đại diện cho động cơ và xe tốc độ. Nó tính năng
tăng tốc như một
chức năng của tốc độ và mô-men xoắn đầu vào. Như trong trường hợp mở khóa, một từ khối
cung cấp cho các nhà tích hợp
điều kiện ban đầu và một khối Chuyển đến chương trình phát sóng nhà nước để sử dụng ở những
nơi khác trong mô hình. Trong khi mô phỏng,
hoặc là bị khóa hoặc mở khóa các hệ thống phụ đang hoạt động tại mọi thời điểm. Bất cứ khi nào
những thay đổi kiểm soát,
tiểu bang được gọn gàng bàn giao giữa hai người.
Trang 28
28
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
1
w
[Unlocked_we]
W0
bv
Xe
Giảm xóc
1 / (Iv + Ie)
locked_w
s
1
Động cơ / xe

50. Tích hợp
được
Động cơ
Giảm xóc
Cho phép
1
Tin
Omega
Omega
Omega
Hình 3.5: Các hệ thống phụ đã bị khoá
Mô phỏng sử dụng các khối khác trong hệ thống để tính toán khả năng ma sát và cung cấp logic
mà xác định các hệ thống con đã bị khoá hoặc mở khóa nên được kích hoạt.
Các hệ thống phụ ma sát mô hình tính toán sát tĩnh và động theo phương trình 3.7, với
hệ số ma sát thích hợp.
T
RF
fmax
n
=
2
3
μ
Phương trình 3.7
Các khối còn lại tính toán mô-men xoắn cần thiết cho trại giam (Equation 3.5), và thực hiện logic
mô tả trong hình 3.2. Một yếu tố quan trọng nằm trong hệ thống phụ Lockup phát hiện trong ma
sát
Chế độ logic hệ thống phụ. Đây là khối Simulink Hit Crossing đó chính xác nằm ngay lập tức tại
mà trượt ly hợp bằng không. Điều này đặt quá trình chuyển đổi chế độ tại chính xác thời điểm
thích hợp.
Các đầu vào của hệ thống là lực lượng bình thường, F
n
, Và mô-men xoắn động cơ, T
trong
. Mỗi được đại diện bởi một ma trận
bảng trong M
ATLAB
không gian làm việc và vẽ trong hình 3.6 dưới đây. Mô hình Simulink kết hợp các
đầu vào bằng cách sử dụng từ khối không gian làm việc.
Trang 29
U
SING
S
IMULINK VÀ
S

51. TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
29
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
thời gian (giây)
Mô-men xoắn động cơ và ly hợp bình thường quân
Ví dụ ly hợp Mặc định Đầu vào
T
trong
F
n
Hình 3.6: Hệ thống đầu vào của lực lượng bình thường và mô-men xoắn động cơ
Kết quả
Các giá trị tham số sau đây được sử dụng để chứng minh các mô phỏng. Những không có nghĩa
là đại diện cho
các đại lượng vật lý tương ứng với một hệ thống thực tế, mà là để tạo điều kiện cho một cơ sở có
ý nghĩa
trình diễn.
Tôi
Tôi
b
b
R =
e
v
e

52. v
k
s
=
-
=
-
=
=
=
=
1 kg m
5 kg m
2 Nm / rad / giây
1 Nm / rad / giây
1
1.5
m
2
2
μ
μ
1
Cho các đầu vào ở trên, vận tốc hệ thống hành xử như thể hiện trong hình 3.7 dưới đây. Mô
phỏng
bắt đầu ở chế độ mở khóa, với một ngọn lửa tốc độ động cơ ban đầu như bên xe tăng tốc lớn hơn
của nó
quán tính. Khoảng t = 4 giây, vận tốc đến với nhau và vẫn bị khóa, chỉ ra rằng ly hợp
khả năng là đủ để truyền mô-men xoắn. Tại t = 5, mô-men xoắn động cơ bắt đầu giảm, cũng như
các
lực lượng bình thường trên các tấm ma sát. Do đó, khi bắt đầu trượt xuất hiện tại t = 6.25 giây
như
chỉ định bởi sự tách biệt của động cơ và tốc độ xe.
Trang 30
30
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
0
1

53. 2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
thời gian (giây)
tốc độ trục (rad / s)
Cơ sở Clutch Hiệu suất
ω
e
ω
e
ω
v
ω
v
ω
Hình 3.7: Hành vi của vận tốc hệ thống
Chú ý rằng các quốc gia khác nhau không thay đổi trong khi họ là người khuyết tật. Tại khoảnh
khắc thời gian mà
quá trình chuyển đổi diễn ra, bàn giao nhà nước là cả hai liên tục và thông suốt. Đây là một kết
quả của mỗi cung cấp
tích hợp với các điều kiện ban đầu thích hợp để sử dụng khi nhà nước đã được kích hoạt.
Kết luận
Ví dụ này cho thấy làm thế nào để sử dụng Simulink và thư viện khối chuẩn của nó để mô hình,
mô phỏng và phân tích một
hệ thống với sự gián đoạn topo. Đây là một minh chứng hùng hồn của khối Hit Crossing và
nó có thể được sử dụng để chụp các sự kiện cụ thể trong quá trình mô phỏng. Mô hình Simulink
của ly hợp này
hệ thống có thể phục vụ như một hướng dẫn khi tạo mô hình với các đặc tính tương tự. Trong bất
kỳ hệ thống với
gián đoạn topo, các nguyên tắc được sử dụng trong ví dụ này có thể được áp dụng.

54. Trang 31
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
31
IV.S
USPENSION
S
Ystem
Tóm tắt
Ví dụ này mô tả một mô hình bán xe đơn giản (
suspn.mdl
) Bao gồm một độc lập phía trước và
đình chỉ đứng phía sau cũng như sân cơ thể và độ nảy của tự do. Chúng tôi cung cấp một mô tả
của
mô hình để hiển thị như thế nào mô phỏng có thể được sử dụng để điều tra đi xe và xử lý đặc.
Trong
kết hợp với một mô phỏng hệ thống truyền động, mô hình có thể điều tra ngẫu nhiên theo chiều
dọc kết quả
từ những thay đổi trong thiết lập ga.
Phân tích và
Sơ đồ trong Hình 4.1 minh họa các đặc điểm mô hình.
Vật lý
Hình 4.1: Sơ đồ tự do cơ thể của mô hình bán xe
Trong ví dụ này, chúng tôi mô hình phía trước và hệ thống treo sau là hệ thống mùa xuân / van
điều tiết. Một chi tiết hơn
mô hình sẽ bao gồm một mô hình lốp xe cũng như phi tuyến van điều tiết như vận tốc phụ thuộc
vào giảm xóc
với giảm xóc lớn hơn trong quá trình hồi phục hơn so với nén. Thân xe có sân và tung lên độ
tự do, được biểu diễn trong mô hình của bốn tiểu bang: chuyển theo chiều dọc, vận tốc thẳng
đứng, sân
chuyển góc, và sân vận tốc góc. Một đầy đủ sáu bậc tự do mô hình có thể được thực hiện
sử dụng các khối đại số vector để thực hiện chuyển đổi trục và tính toán lực lượng / chuyển / vận
tốc.
Hệ thống treo trước ảnh hưởng đến trả lại, hoặc độ theo chiều dọc của tự do, theo các mối quan
hệ
trong phương trình 4.1.
F
K

55. L
z
C
L
z
F
KC
L
zz
trước
f
f
f
f
trước
f
f
f
=
-
+
-
=
=
=
=
=
2
2
(
)
(
˙
˙),
,
˙
, ˙
θ
θ
θ θ
lực lượng trở lên trên cơ thể từ hệ thống treo trước
tỷ lệ đình chỉ mùa xuân và tỷ lệ giảm xóc trên từng bánh xe
khoảng cách ngang từ trung tâm cơ thể của trọng lực để hệ thống treo trước
,
sân (quay) góc và tốc độ thay đổi
thư bị trả lại (theo chiều dọc) khoảng cách và tốc độ

56. Phương trình 4.1
K
f
C
f
K
r
C
r
L
f
L
r
C G
Z
θ
h
Trang 32
32
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Sự đóng góp sân của hệ thống treo trước sau trực tiếp.
M
LF
trước
f
trước
= -
=
,
sân thời điểm do hệ thống treo trước
Phương trình 4.2
Tương tự như vậy, đối với hệ thống treo sau:
F
KL
z
CL
z
F

57. KC
L
M
LF
M
đuôi
r
r
r
r
đuôi
r
r
r
đuôi
r phía sau
đuôi
= -
+
-
+
=
=
=
=
=
2
2
(
)
(
˙
˙),
,
,
θ
θ
lực lượng trở lên trên cơ thể từ hệ thống treo sau
tỷ lệ đình chỉ mùa xuân và tỷ lệ giảm xóc trên từng bánh xe
khoảng cách ngang từ trung tâm cơ thể của trọng lực để hệ thống treo sau
sân thời điểm do hệ thống treo sau
Phương trình 4.3
Các lực lượng và những khoảnh khắc dẫn đến chuyển động cơ thể theo Newton.
M z F
F
M g

58. M
g
Tôi
M
M
M
Tôi
M
b
trước
đuôi
b
b
yyyy
trước
đuôi
y
yyyy
y
˙ ˙
,
˙ ˙
,
=
+
-
=
=
=
+
+
=
=
khối lượng cơ thể
gia tốc trọng trường
thời điểm cơ thể của quán tính về trung tâm của lực hấp dẫn
thời điểm giới thiệu xe tăng tốc
θ
Phương trình 4.4
Mô hình
Chúng tôi đã lưu mô hình hệ thống treo Simulink như
suspn.mdl
và mở nó bằng cách gõ
suspn
tại M
ATLAB

59. nhắc nhở.
Đình chỉ xe mô hình
Phát triển bởi David Maclay
Cambridge kiểm soát, Ltd
rev. 8/20/97, SQ
-9,81
tăng tốc
do trọng lực
1 / s
Zdot
1 / s
Z
Zdot
h
THETAdot
Y
ForceF
1 / s
THETAdot
1 / s
THETA
Đường
Cao
Đình chỉ sau
Mu
Thời điểm
do chiều dọc
xe tăng tốc
Đình chỉ trước
1/Mb
1 / (Body Mass)
1/Iyy
1 / (Body Quán tính)
Lực lượng phía sau
Phía sau Pitch phút
-Mặt trận Pitch phút
Trước quân
THETA, THETAdot, Z, Zdot
4.2: Các Simulink hai mức độ tự do mô hình hệ thống treo
Trang 33
U
SING
S
IMULINK VÀ
S

60. TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
33
Có hai đầu vào cho các mô hình xe Đình chỉ thể hiện trong hình 4.2. Đầu vào đầu tiên là con
đường
chiều cao. Một bước đầu vào ở đây tương ứng với các lái xe chiếc xe trên một bề mặt đường với
một bước thay đổi trong
chiều cao. Đầu vào thứ hai là một lực lượng ngang diễn xuất thông qua các trung tâm của các
bánh xe mà kết quả từ
phanh hoặc tăng tốc diễn tập. Kể từ khi chuyển động cơ thể theo chiều dọc không theo mô hình,
đầu vào
chỉ xuất hiện như một thời điểm về trục sân.
Các hệ thống phụ mùa xuân / van điều tiết các mô hình hệ thống treo trước và sau được thể hiện
trong hình 4.3. Các
khối được sử dụng để mô hình phương trình 4.1 qua 4.3. Các phương trình được thực hiện trực
tiếp trong Simulink
sơ đồ thông qua việc sử dụng đơn giản của Gain và Tổng kết khối. Sự khác biệt giữa phía trước
và phía sau được xác định như sau. Bởi vì hệ thống con là một khối đeo mặt nạ, một bộ dữ liệu
khác nhau ( L, K
và C ) có thể được nhập cho mỗi trường hợp. Hơn nữa, L được coi là Cartesian tọa độ x, là
tiêu cực hay tích cực về nguồn gốc, hoặc trung tâm của lực hấp dẫn với. Do đó, K
f
, C
f
và -L
f
được sử dụng cho các
phía trước và K
r
, C
r
và L
r
cho phía sau.
Sở Tài chính hai mùa xuân / Damper mẫu
2
Dọc
Lực lượng
1
sân
Mô-men xoắn
2 * K
độ cứng

61. 2 * C
giảm xóc
L
MomentArm3
L
MomentArm2
L
MomentArm1
Fz
em
1
THETA
THETAdot
Z
Zdot
Hình 4.3: Các mùa xuân / Damper treo hệ thống phụ
Kết quả
Để chạy mô hình này, đầu tiên thiết lập các thông số cần thiết trong M
ATLAB
không gian làm việc. Chạy sau đây
M-file bằng cách gõ
suspdat
, Hoặc từ M
ATLAB
dòng lệnh, nhập dữ liệu bằng cách gõ:
Lf = 0,9;
% Chuyển trung tâm phía trước từ cơ thể của CG
Lr = 1.2;% chuyển trung tâm phía sau ra khỏi cơ thể CG
Mb = 1200;% khối lượng cơ thể tính bằng kg
Iyy = 2100;
% Thời điểm cơ thể của quán tính về trục y trong kgm ^ 2
kf = 28000;% hệ thống treo trước độ cứng trong N / m
kr = 21000;
% Phía sau độ cứng hệ thống treo trong N / m
cf = 2500;
% Hệ thống treo trước giảm xóc trong N / (m / s)
cr = 2000;
% Hệ thống treo sau giảm xóc trong N / (m / s)
Để chạy các mô phỏng, chọn Bắt đầu từ Simulink mô phỏng đơn hoặc gõ lệnh sau tại
M
ATLAB
dòng lệnh:
[T, x] = sim ('suspn2', 10);% chạy một thời gian phản ứng
Trang 34
34

62. S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Hình 4.4 cho thấy kết quả đầu ra âm mưu. Bạn có thể tự thiết lập các thông số, chạy
mô phỏng, và âm mưu các đồ thị bằng cách gõ
suspgrph
tại M
ATLAB
dòng lệnh nhanh chóng.
-5
0
5
x 10
-3
THETAdot
d / dt
Đình chỉ xe mô hình mô phỏng
-0.1
0
0.1
Zdot
dz / dt
6000
6500
7000
Ff
lực lượng phản ứng ở bánh trước
-5
0
5
10
15
x 10
-3
h
chiều cao đường
0
1
2
3
4

63. 5
6
7
8
9
10
0
50
100
Y
thời điểm do xe Accel / giảm tốc
thời gian trong vài giây
Hình 4.4: Tóm tắt các kết quả đầu ra mô phỏng hệ thống treo
Kết luận
Mô hình treo xe cho phép bạn mô phỏng những ảnh hưởng của thay đổi giảm xóc treo
và độ cứng, do đó điều tra sự cân bằng giữa sự thoải mái và hiệu suất. Nói chung, một cuộc đua
xe có suối rất cứng với một yếu tố giảm xóc cao, trong khi một chiếc xe chở khách được thiết kế
cho thoải mái
có suối nhẹ nhàng hơn và đáp ứng dao động hơn.
Trang 35
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
35
V. H
YDRAULIC
S
Ystems
Tóm tắt
Ví dụ này xem xét một số hệ thống thủy lực. Các khái niệm chung áp dụng đối với hệ thống treo,
phanh,
hệ thống lái, và truyền tải. Chúng tôi mô hình ba biến thể của hệ thống sử dụng máy bơm, van,
và
thiết bị truyền động xi lanh / piston. Là người đầu tiên có xi lanh thủy lực duy nhất mà chúng tôi
phát triển, mô phỏng và
tiết kiệm như là một khối thư viện. Trong mô hình tiếp theo, chúng tôi sử dụng bốn trường hợp
của khối này, như trong một hệ thống treo hoạt động

64. hệ thống. Trong mô hình cuối cùng, chúng tôi mô hình kết nối của hai thiết bị truyền động thủy
lực, tổ chức với nhau bởi một
thanh cứng nhắc mà hỗ trợ một khối lượng lớn.
Trong một số trường hợp chúng tôi xử lý khối lượng tương đối nhỏ của chất lỏng như không nén
được. Điều này dẫn đến một hệ thống
phương trình vi phân đại số (DAEs). Simulink giải quyết là rất phù hợp để xử lý vấn đề kiểu này
hiệu quả. Khả năng tham khảo mặt nạ và thư viện thêm thêm sức mạnh và tính linh hoạt. Việc
tạo ra các
khối tùy chỉnh cho phép thực hiện các hệ thống con quan trọng với bộ tham số người dùng định
nghĩa.
Thư viện Simulink giữ một phiên bản tổng thể của các khối để mô hình sử dụng một khối tổng
thể
tự động kết hợp bất kỳ sửa đổi và cải tiến thực hiện cho nó.
Phân tích và
Hình 5.1 cho thấy một sơ đồ của mô hình cơ bản. Mô hình chỉ đạo các dòng bơm Q để
Vật lý
áp lực cung p
1
từ đó chảy thành lớp q1ex rò rỉ để xả. Van điều khiển cho
piston / xi lanh lắp ráp được mô hình hóa như dòng chảy hỗn loạn thông qua một lỗ biến khu
vực. Dòng chảy của nó q
12
dẫn đến
trung áp lực p
2
mà trải qua một áp lực giảm tiếp theo trong dòng kết nối nó vào
thiết bị truyền động hình trụ. Áp lực xi lanh p
3
di chuyển các piston chống lại một tải mùa xuân, kết quả là vị trí x .
q
12
q
1EX
p
1
p
2
C
2
C
1
x
p
3
v
3

65. Một
Q
q
23
Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống thủy lực cơ bản
Tại đầu ra bơm, lưu lượng được phân chia giữa rò rỉ và dòng chảy để các van điều khiển. Sự rò
rỉ, q
1EX
là
mô hình hóa như dòng chảy tầng.
bơm
van điều khiển
xi lanh
Trang 36
36
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Q
q
q
q
C p
p
Q q
C
Q
q
q
C
p
cũ
cũ
cũ
=
+
=
=
-
=

66. =
=
=
=
12
1
1
2 1
1
12
2
12
1
2
1
(
) /
lưu lượng bơm
van điều khiển lưu lượng
rò rỉ
hệ số dòng chảy
bơm áp lực
Phương trình 5.1
Chúng tôi mô hình dòng chảy rối qua van điều khiển với các phương trình lỗ. Các dấu hiệu và
tuyệt đối
chức năng giá trị chứa dòng chảy trong hai hướng.
q
CA
p
p
p
p
C
Một
p
d
d
12
1
2
1
2
2
2
=
-

67. -
=
=
=
=
sgn (
)
ρ
ρ
hệ số xả lỗ
khu vực lỗ
áp lực hạ lưu của van điều khiển
mật độ chất lỏng
Phương trình 5.2
Các chất lỏng bên trong xi lanh bịt kín do dòng chảy này, q
12
= q
23
, Ít sự tuân thủ của các piston
chuyển động. Chúng tôi cũng theo mô hình chất lỏng nén trong trường hợp này.
˙
˙
p
v
q
xA
p
v
p
V
A x
Một
V
x
c
c
c
3
3
12
3
3
3
30
30
0

68. =
-
(
)
=
=
=
=
+
=
=
=
β
β
áp lực piston
dịch module số lượng lớn
khối lượng chất lỏng ở
xi lanh diện tích mặt cắt ngang
khối lượng chất lỏng ở
Phương trình 5.3
Chúng tôi bỏ qua các piston và mùa xuân quần chúng do các lực lượng thủy lực. Cân bằng lực
lượng ở piston
cung cấp cho:
xp AK
K
c
=
=
3
/
độ cứng
Phương trình 5.4
xi lanh diện tích mặt cắt ngang
Trang 37
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
37

69. Chúng tôi hoàn thành hệ phương trình bằng cách phân biệt mối quan hệ này và kết hợp với các
áp lực
thả giữa p
2
và p
3
. Các mô hình dòng chảy thành lớp thứ hai trong dòng từ van để các thiết bị truyền động.
˙
˙
/
(
)
/
xp AK
q
q
C p
p
p
p
q C
C
c
=
=
=
-
=
+
=
3
23
12
1
2
3
2
3
12
1
1
thành lớp hệ số dòng chảy
Phương trình 5.5
Mô hình
Hình 5.2 cho thấy mô hình cơ bản, được lưu trữ trong tập tin
hydcyl.mdl

70. . Đầu vào mô phỏng là bơm
dòng chảy và diện tích lỗ van điều khiển. Mô hình này được tổ chức như hai hệ thống con - máy
bơm và
lắp ráp thiết bị truyền động.
Thủy lực xi lanh mẫu
p1
Một
p
x
Qin
van / xi lanh / piston / mùa xuân lắp ráp
bơm
áp lực
p1 (màu vàng)
p2 (màu tím)
p3 (màu xanh)
MUX
vị trí piston
van điều khiển
khu vực lỗ
Nhấp đúp chuột vào để chạy
Mô phỏng cho 0,1 giây
Nhấp đúp chuột vào để xem
một mô hình 4 xi lanh.
Qout
p1
Hình 5.2: Các máy bơm / van / mô hình thiết bị truyền động cơ bản
Bơm
Mô hình bơm tính áp lực cung như một chức năng của dòng máy bơm và tải (đầu ra) dòng chảy
(Hình 5.3). Một
Từ không gian làm việc
khối cung cấp dữ liệu lưu lượng bơm, Qpump . Này được xác định bởi một ma trận
với vectơ cột mốc thời gian và tỷ lệ lưu lượng tương ứng [ T, Q ]. Mô hình này trừ các
lưu lượng đầu ra, bằng cách sử dụng sự khác biệt, dòng rò rỉ, để xác định áp lực p
1
, Như đã nêu ở trên trong
Phương trình 5.1. Từ Qout = q
12
là một chức năng trực tiếp của p
1
(Thông qua các van điều khiển), điều này tạo thành một đại số
vòng lặp. Ước tính giá trị ban đầu, p
10
, Cho phép một giải pháp hiệu quả hơn.
Chúng tôi mặt nạ các hệ thống phụ trong Simulink để tạo điều kiện tiếp cận được với các thông
số của người dùng. Các

71. các thông số được xác định là T, Q, p
10
và hệ số dòng chảy rò rỉ, C
2
. Để dễ nhận biết, chúng ta
giao khối đeo mặt nạ biểu tượng thể hiện trong hình 5.2, và lưu nó trong thư viện Simulink
hydlib.mdl
.
Trang 38
38
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
1
p1
1/C2
rò rỉ
[T, Q]
Qpump
[P10]
IC
1
Qout
Hình 5.3: Bơm thủy lực hệ thống con
Thiết bị truyền động hội
van / xi lanh / piston / mùa xuân lắp ráp
3
Qin
2
x
1
p
s
1
piston
áp lực
MUX
p2, p3
1/C1
dòng chảy thành lớp

72. giảm áp lực
Ac / K
lực lượng / mùa xuân
xi lanh
khối lượng
p2
p1
q12
van điều khiển
chảy
beta
Ac
Ac ^ 2 / K
V30
2
Một
1
p1
xdotAc
p3
p2
Hình 5.4: Thiết bị truyền động thủy lực hệ thống con
Trong hình 5.4, một hệ phương trình đại số mô hình khác biệt-những điều áp xi lanh với
áp lực p
3
, Xuất hiện như một dẫn xuất trong phương trình 5.3 và được sử dụng như nhà nước (tích hợp).
Nếu chúng ta
khối lượng bỏ qua, lực lượng mùa xuân và vị trí piston là bội trực tiếp của p
3
và vận tốc là một trực tiếp
nhiều của
˙ p
3
. Mối quan hệ sau này tạo thành một vòng lặp đại số xung quanh khối lượng lớn mô đun tăng,
Beta
. Áp lực trung gian p
2
là tổng của p
3
và áp suất giảm do dòng chảy từ các van
xi lanh (Equation 5.5). Mối quan hệ này cũng áp đặt một hạn chế đại số thông qua việc kiểm soát
van và 1/C1 đạt được.
Các hệ thống phụ van điều khiển tính toán lỗ (phương trình 5.2), với thượng nguồn và hạ nguồn
áp lực như đầu vào, cũng như các khu vực lỗ biến. Một hệ thống con cấp thấp hơn tính toán "ký
căn bậc hai, "

73. y
(U) u
= sgn
. Ba chức năng phi tuyến được sử dụng, hai trong số đó là liên tục. Trong
kết hợp, tuy nhiên, y là một chức năng liên tục của u .
Trang 39
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
39
Kết quả
B
ASELINE
M
ODEL
Chúng tôi mô phỏng các mô hình với các số liệu sau.
C
C
C
Một
K
V
d
c
=
=
=
=
=
=
=
=
0,61
800 kg / m
2e-8 m / giây / Pa
3e-9 m / giây / Pa
7e8 Pa
0.001 m

74. 5e4 N / m
2.5e-5 m
3
3
3
3
3
ρ
β
1
2
30
Chúng tôi xác định lưu lượng bơm như:
giây.
m
3
/ Giây
[T, Q] =
0
0,005
0.04 0.005
0.04
0
0.05
0
0,05 0,005
0.1 0,005




















75. 
Do đó hệ thống ban đầu bước vào một dòng chảy của bơm 0.005 m
3
/ Giây = 300 lít / phút, đột ngột bước về không tại t =
0.04, sau đó tiếp tục tốc độ dòng chảy ban đầu tại t = 0,05.
Van điều khiển bắt đầu với không khu vực lỗ và dốc để 1e-4 m
2
trong mô phỏng thứ hai 0.1
thời gian. Với van đóng cửa, tất cả các dòng máy bơm đi vào rò rỉ vì vậy áp lực bơm ban đầu
nhảy vào
p
10
= Q / C
2
=
1667 KPa.
Như van mở ra, áp lực p
2
và p
3
xây dựng trong khi p
1
dips để đáp ứng với sự gia tăng tải trọng như trong
Hình 5.5. Khi dòng bơm cắt, mùa xuân và piston hành động như một ắc và p
3
, Mặc dù
giảm, là liên tục. Dòng chảy đảo ngược hướng, do đó p
2
, Mặc dù tương đối gần
p
3
, Rơi đột ngột.
Tại các trạm chính nó, tất cả các chảy ngược đi đến rò rỉ và
p
1
giảm triệt để. Hành vi này đảo ngược là
lưu lượng được phục hồi.
Trang 40
40
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL

76. E
XAMPLES
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
x 10
5
thời gian (giây)
áp lực hệ thống (Pa)
Cơ bản đáp ứng thủy lực áp suất
p
1
p
2
p
3
p
1
p
2
p
3
p
1
p
2
p
3

77. Hình 5.5: Áp lực trong mô phỏng cơ bản
Vị trí piston là tỷ lệ thuận với p
3
, Nơi mà các lực lượng thủy lực và lò xo cân bằng như
trong hình 5.6. Gián đoạn trong vận tốc 0.04 và 0.05 giây cho thấy khối lượng không đáng kể.
Mô hình
đạt đến một trạng thái ổn định khi tất cả các dòng bơm một lần nữa đi vào rò rỉ, hiện nay do
không giảm áp lực
qua van điều khiển. Đó là, p
3
= P
2
= P
1
= P
10
.
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0
0,005
0.01
0.015
0.02
0,025
0.03
0.035
thời gian (giây)
vị trí piston (m)
Cơ sở thủy lực Cylider
Hình 5.6: Cơ sở thủy lực vị trí xi lanh piston
Trang 41
U
SING
S
IMULINK VÀ

78. S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
41
Chúng ta đã kiểm tra các khối bơm và thiết bị truyền động và xác định rằng họ thực hiện theo
thiết kế.
Chúng tôi tạo ra một thư viện Simulink và sao chép các khối vào nó. Sau khi lưu thư viện (
hydlib.mdl
), Chúng tôi
thay thế các khối trong mô hình ban đầu với bản sao thư viện. Mô hình tập tin,
hydcyl.mdl
, Bây giờ chứa
tài liệu tham khảo để các khối thư viện chứ không phải là tất cả các chi tiết của hệ thống con.
Điều này chứng tỏ chúng tôi
xây dựng thư viện tổng thể của các thành phần hệ thống quan trọng. Nhà thiết kế khác có thể sử
dụng bản sao giống hệt nhau
của các khối trong các hệ thống khác. Bất cứ khi nào cải tiến được thực hiện cho các khối thư
viện, Simulink
tự động kết hợp các thay đổi vào từng mô hình cá nhân.
Bốn xi lanh mô hình
Bây giờ chúng ta xây dựng một mô hình mới với một máy bơm duy nhất và bốn thiết bị truyền
động (hình 5.7). Máy bơm cùng
áp lực p1 ổ đĩa mỗi xi lanh lắp ráp và tổng của dòng họ tải bơm. Mặc dù mỗi
bốn van điều khiển có thể được điều khiển độc lập, như trong một hệ thống treo chủ động, trong
trường hợp này
tất cả bốn nhận được lệnh tương tự, một đoạn đường nối tuyến tính trong khu vực lỗ từ số không
đến 0.002 m
2
.
Bốn xi lanh mô hình
p1
Một
p
x
Qin
van / xi lanh / piston lắp ráp 4
p1
Một
p
x
Qin
van / xi lanh / piston lắp ráp 3
p1

79. Một
p
x
Qin
van / xi lanh / piston lắp ráp 2
p1
Một
p
x
Qin
lắp ráp van / xi lanh / piston 1
cung cấp
áp lực
p1
bơm
MUX
vị trí
x1 (màu vàng)
x2 (màu tím)
x3 (màu xanh)
x4 (màu đỏ)
tải
chảy
kiểm soát
van
lệnh
Nhấp đúp chuột vào một mô hình
với hai xi lanh thủy lực
nối với nhau bằng một cây gậy cứng nhắc
Nhấp đúp chuột vào để chạy
Mô phỏng cho 0,1 giây
Hình 5.7: Một máy bơm duy nhất lái xe bốn thiết bị truyền động
Dòng bơm bắt đầu từ 0.005 m
3
/ Giây một lần nữa cho hệ thống này, sau đó giảm xuống còn một nửa giá trị tại t = 0,05 giây.
Các thông số C
1
, C
2
, C
d
, và V
30
là giống với mô hình trước đó. Tuy nhiên, bằng cách gán
Trang 42

80. 42
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
giá trị cá nhân cho K, A
c
và, trong một trường hợp, , mỗi trong số bốn xi-lanh triển lãm đặc biệt thoáng qua
câu trả lời. Trong mối quan hệ với các giá trị tham số được sử dụng ở trên, mô hình đặc trưng
cho bốn thiết bị truyền động
theo Bảng 5.1.
Bảng 5.1: Thông số so sánh cho các thiết bị cá nhân
Tỷ lệ tỷ lệ diện tích / mùa xuân vẫn không đổi, do đó, mỗi trường hợp cần phải có cùng đầu ra
trạng thái ổn định.
Thời gian thống trị liên tục cho mỗi hệ thống là tỷ lệ thuận với A
c
2
/ K, vì vậy chúng tôi có thể mong đợi trường hợp hai là
hơi nhanh hơn so với một trường hợp, và trường hợp ba hơi chậm. Trong trường hợp bốn, phần
lớn hiệu quả
mô đun của chất lỏng thấp hơn đáng kể, như sẽ là trường hợp với không khí bị cuốn theo. Do đó
chúng tôi hy vọng điều này
trường hợp nhẹ nhàng hơn để phản ứng chậm chạp hơn so với trường hợp một. Kết quả mô
phỏng hỗ trợ những dự đoán.
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0
0,002
0,004
0,006
0,008
0.01
0,012

81. 0.014
0,016
0,018
0.02
thời gian (giây)
vị trí piston (m)
Vị trí piston trong xi lanh Bốn Ví dụ
x
1
x
2
x
3
x
4
Hình 5.8: Vị trí Thiết bị truyền động cho bốn xi-lanh mẫu
Các cú sốc ban đầu của dòng chảy tại t = 0 phản ứng như một sự thúc đẩy áp lực, như được thấy
bởi bốn thiết bị truyền động (trong hình
5.8). Áp lực bơm p
1
, Đó là ban đầu cao, giảm nhanh chóng như tất cả bốn tải kết hợp để làm một
nhu cầu lưu lượng cao. Trong thoáng ban đầu (khoảng bốn phần nghìn giây), phản ứng đặc biệt
xác định
các đặc điểm năng động cá nhân của từng đơn vị.
tham số
thiết bị truyền động 1
thiết bị truyền động 2
thiết bị truyền động 3
thiết bị truyền động 4
độ cứng
K
K / 4
4K
K
diện tích piston
Một
c
Một
c
/ 4
4A
c
Một
c
module số lượng lớn
β

82. β
β
β / 1000
Trang 43
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
43
Như dự đoán của sự khác biệt về giá trị tham số, thiết bị truyền động hai phản ứng nhanh hơn
nhiều so với đường cơ sở,
thiết bị truyền động một. Các thiết bị thứ ba và thứ tư là chậm hơn nhiều bởi vì họ đòi hỏi nhiều
dầu hơn để di chuyển
cùng một khoảng cách. Trong trường hợp ba, piston chiếm chỗ khối lượng hơn do diện tích mặt
cắt ngang lớn hơn của nó. Trong
trường hợp bốn, mặc dù khối lượng di dời cũng giống như trong trường hợp một, các thiết bị đòi
hỏi nhiều dầu hơn bởi vì nó
sau đó được nén.
Sự phân biệt trong hành vi được mờ, tuy nhiên, khi áp lực bơm rơi xuống mức trong
xi lanh (trong hình 5.9). Các phản ứng cá nhân pha trộn vào một phản ứng hệ thống tổng thể mà
duy trì sự cân bằng lưu lượng giữa các thành phần. Tại t = 0,05 giây, lưu lượng bơm giảm xuống
mức
đó là gần với trạng thái cân bằng và các dòng thiết bị truyền động là gần như bằng không. Piston
trạng thái ổn định cá nhân
vị trí ngang bằng nhau, như dự đoán của thiết kế.
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
-5
0
5

83. 10
15
20
x 10
-4
thời gian (giây)
tốc độ dòng chảy thiết bị truyền động (m
3
/ Giây)
Chảy Transients trong bốn xi lanh Ví dụ
q
1
q
2
q
3
q
4
Tìm 05:09: lưu lượng cá nhân trong mô hình bốn xi lanh
Hai xi lanh với mô hình hạn chế tải
Trong mô hình cuối cùng (Hình 5.10), một thanh cứng nhắc mà hỗ trợ một liên kết nối khối
lượng lớn hai thủy lực
thiết bị truyền động. Mô hình này giúp loại bỏ các lò xo vì nó áp dụng các lực lượng piston trực
tiếp với tải. Các lực lượng
cân bằng lực hấp dẫn và kết quả là cả hai tuyến tính và chuyển luân phiên.
Trang 44
44
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Hai xi lanh mô hình với kết nối Rod
z (màu tím), za (màu xanh)
& ZB (màu vàng)
Một
p1
x
xdot
p
F
Qin

84. van / cylider / piston
buộc lắp ráp 2
Một
p1
x
xdot
p
F
Qin
van / cylider / piston
buộc lắp ráp 1
theta
(Rad)
bơm
MUX
lỗ B
Một lỗ
tải
chảy
Nhấp đúp chuột vào để chạy
Mô phỏng cho 0,1 giây
Fb
FEXT
Pháp
ZB
zbdot
z
theta
za
zadot
Cơ khí
Tải
- 9.81 * M
áp lực cung
Hình 5.10: Hai xi lanh thủy lực với thanh truyền
Các hệ thống phụ tải thể hiện trong hình 5.11 giải quyết các phương trình chuyển động, mà
chúng tôi tính toán trực tiếp với
khối Simulink tiêu chuẩn. Chúng tôi giả định các góc quay nhỏ.
Mz
F
F
F
z
M
FF
F

85. Tôi
L
F
L
F
Tôi
L
b
một
ext
một
b
ext
b
một
˙ ˙
,
˙ ˙
=
+
+
=
=
=
=
=
-
=
=
=
chuyển tại trung tâm
tổng khối lượng
lực lượng piston
lực lượng bên ngoài vào trung tâm
chuyển góc, chiều kim đồng hồ
moment quán tính
chiều dài thanh
θ
θ
2
2
Phương trình 5.6
Trang 45
U
SING

86. S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
45
Các vị trí và vận tốc của piston cá nhân theo trực tiếp từ hình học.
z
z
L
z
z
L
z
z
L
z
z
L
zz
một
b
một
b
một
b
= -
= +
= -
= +
=
2
2
2
2
θ
θ
θ
θ
˙
˙
˙
˙

87. ˙
˙
,
chuyển vị piston
Phương trình 5.7
Kết nối Rod
6
zadot
2
zbdot
zdot
thetadot
zbdot
zadot
vận tốc
dịch
z
theta
ZB
za
vị trí
dịch
s
1
s
1
s
1
s
1
L / 2
1 / Tôi
1 / M
3
Pháp
2
FEXT
1
Fb
zdot
3
z
4
theta
1
ZB

88. 5
za
thetadot
Hình 5.11: hệ thống phụ tải cơ khí
Các thông số được sử dụng trong các mô phỏng giống hệt với mô hình đầu tiên, ngoại trừ:
L
Q
F
M
bơm
ext
=
=
=
=
=
=
1,5 m
M 2500 kg
Tôi 100 kg-m
0.005 m / giây (không đổi)
C2 3e-10 m / giây / Pa
-9,81 N
2
3
3
Mặc dù lưu lượng bơm là hằng số trong trường hợp này, mô hình điều khiển van độc lập theo
sau lịch trình trong hình 5.12:
Trang 46
46
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06

89. 0.07
0.08
0.09
0.1
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
x 10
-5
Hệ thống điều khiển van đầu vào
thời gian (giây)
diện tích lỗ van điều khiển (m
2
)
B
Một
Hình 5.12: hành động kiểm soát thiết bị truyền động bổ sung
Hình 5.13 và Hình 5.14 hiển thị các kết quả đầu ra mô phỏng của thanh chuyển và góc tương
ứng. Các
phản ứng của z là điển hình của một loại mốt (tích hợp) hệ thống. Vị trí tương đối và góc
phong trào của thanh minh họa phản ứng của cơ cấu truyền động cá nhân của họ out-of-giai đoạn
kiểm soát
tín hiệu.
Trang 47
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
47
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05

90. 0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
-2
0
2
4
6
8
10
12
x 10
-3
thời gian (giây)
tuyến tính piston chuyển (m)
Piston và Load vị trí
z
một
z
z
b
Hình 5.13: Linear piston chuyển động và tải
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
x 10
-4
thời gian (giây)

91. tải chuyển góc (rad)
Hai xi lanh mô hình quay đáp ứng
Hình 5.14: chuyển quay tải
Trang 48
48
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Kết luận
Simulink cung cấp một môi trường sản xuất để mô phỏng hệ thống thủy lực, cung cấp cải tiến
cung cấp suất rất lớn trong mô hình và tính linh hoạt trong các phương pháp số. Việc sử dụng
mặt nạ
hệ thống con và các thư viện mô hình tạo điều kiện cho mô hình cấu trúc với bản cập nhật phần
tự động. Mà
là, khi người dùng thay đổi các yếu tố thư viện, các mô hình sử dụng các yếu tố tự động kết hợp
các mới
phiên bản. Simulink có thể sử dụng phương trình vi phân đại số (DAEs) để mô hình một số yếu
tố như chất lỏng
không nén được và những người khác như tuân thủ, cho phép các giải pháp hiệu quả cho các hệ
thống phức tạp của
mạch phụ thuộc lẫn nhau.
Mô hình như thế này cuối cùng sẽ được sử dụng như một phần của hệ thống nhà máy hoặc xe
tổng thể. Các thứ bậc
bản chất của thiết bị truyền động thủy lực Simulink cho phép độc lập phát triển để được đặt một
cách thích hợp trong
mô hình hệ thống lớn hơn, ví dụ, thêm các điều khiển trong các hình thức của cảm biến hoặc
van. Trong trường hợp như
các công cụ từ M
ATLAB
Hệ thống kiểm soát hộp công cụ có thể phân tích và điều chỉnh các vòng kín tổng thể
hệ thống. M
ATLAB
Môi trường / Simulink do đó có thể hỗ trợ toàn bộ thiết kế, phân tích và mô hình hóa
chu kỳ.
Trang 49
U
SING
S
IMULINK VÀ

92. S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
49
Mô hình hệ thống trong Simulink với Stateflow Cải tiến
Trang 50
50
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
VI.F
AULT
-
T
OLERANT
F
UEL
C
ONTROL
S
Ystem
Tóm tắt
Ví dụ sau đây minh họa cách kết hợp Stateflow với Simulink có hiệu quả mô hình lai
hệ thống. Đây là loại mô hình đặc biệt hữu ích cho hệ thống có rất nhiều có thể
chế độ hoạt động dựa trên sự kiện rời rạc. Dòng chảy tín hiệu truyền thống được xử lý trong
Simulink trong khi
thay đổi trong cấu hình kiểm soát được thực hiện trong Stateflow.
Các mô hình mô tả dưới đây đại diện cho một hệ thống kiểm soát nhiên liệu cho động cơ xăng.
Hệ thống là rất cao
mạnh mẽ trong những thất bại cảm biến cá nhân được phát hiện và hệ thống điều khiển tự động
cấu hình lại
hoạt động không bị gián đoạn.
Phân tích và
Tương tự như mô hình động cơ mô tả trong tài liệu này, mối quan hệ vật lý và thực nghiệm
Vật lý
hình thành cơ sở cho việc điều tiết và lượng đa dạng năng động của mô hình này. Tỷ lệ lưu
lượng không khí

93. bơm từ đường ống nạp, chia cho tỷ lệ nhiên liệu được bơm vào van, cung cấp cho các nhiên liệu
khí
tỷ lệ. Lý tưởng, cân bằng hóa học hoặc tỷ lệ hỗn hợp cung cấp một sự thỏa hiệp tốt giữa quyền
lực, nhiên liệu
nền kinh tế, và lượng khí thải. Một tỷ lệ mục tiêu 14,6 được giả định trong hệ thống này.
Thông thường, một bộ cảm biến xác định lượng oxy dư hiện tại trong khí thải (EGO). Này
đưa ra một dấu hiệu tốt về tỷ lệ hỗn hợp và cung cấp thông tin phản hồi cho đo lường điều khiển
vòng kín.
Nếu cảm biến cho thấy một mức độ oxy cao, luật kiểm soát làm tăng tỷ lệ nhiên liệu. Khi cảm
biến phát hiện
một hỗn hợp nhiên liệu phong phú, tương ứng với mức rất thấp oxy dư, bộ điều khiển giảm nhiên
liệu
tỷ lệ.
Mô hình
Hình 6.1 cho thấy mức độ đầu của mô hình Simulink (
fuelsys.mdl
). Bộ điều khiển sử dụng tín hiệu từ
cảm biến của hệ thống để xác định tỷ lệ nhiên liệu mà đưa ra một hỗn hợp cân bằng hóa học. Tỷ
lệ nhiên liệu
kết hợp với lưu lượng không khí thực tế trong mô hình khí động lực động cơ để xác định hỗn
hợp kết quả
tỷ lệ như cảm nhận ở ống xả.
Người dùng có thể lựa chọn vô hiệu hóa một trong bốn bộ cảm biến (góc ga, tốc độ, EGO và đa
dạng tuyệt đối
áp [MAP]), để mô phỏng những thất bại. Simulink hoàn thành điều này với
Chuyển hướng
khối. Đôi
bấm vào khối tự thay đổi vị trí của công tắc. Tương tự như vậy, người sử dụng có thể gây ra sự
thất bại
điều kiện của một tốc độ động cơ cao bằng cách chuyển đổi qua lại các chuyển đổi trên bên trái.
Một
Lặp đi lặp lại Bảng
khối cung cấp
đầu vào góc ga và định kỳ lặp đi lặp lại trình tự của dữ liệu quy định trong mặt nạ.
Trang 51
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS

94. 51
Sử dụng các thiết bị chuyển mạch
mô phỏng bất kỳ sự kết hợp
thất bại cảm biến
Sử dụng chuyển đổi này
để buộc các
động cơ
quá tốc độ
Lỗi chịu Nhiên liệu Hệ thống kiểm soát
Chọn Bắt đầu từ
các mô phỏng
đơn để chạy
mô hình.
Để chuyển đổi
một chuyển đổi,
nhấp đúp chuột
vào biểu tượng của nó.
ga
cảm biến
ga
lệnh
tốc độ
cảm biến
ga
tốc độ động cơ
EGO
MAP
tỷ lệ nhiên liệu
tỷ lệ nhiên liệu
điều khiển
tốc độ động cơ
góc ga
o2_out
MAP
tỷ lệ không khí / nhiên liệu
động cơ
xăng
động lực
động cơ
tốc độ
không khí / nhiên liệu
tỷ lệ hỗn hợp
300
Hư danh
Tốc độ

95. Nhiên liệu có đồng hồ đo
MAP
cảm biến
700
Cao
Tốc độ
(Rad. / Giây.)
EGO
cảm biến
0
0
12
0
Hình 6.1: fuelsys Simulink mô hình
Bộ điều khiển sử dụng các đầu vào và phản hồi tín hiệu cảm biến để điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu
để cung cấp cho một cân bằng hóa học
tỷ lệ (hình 6.2). Mô hình này sử dụng bốn hệ thống con để thực hiện chiến lược này: điều khiển
logic, cảm biến
điều chỉnh, tính khí, và tính toán nhiên liệu. Đang hoạt động bình thường, các mô hình ước tính
Tốc độ luồng khí và bội ước tính của các đối ứng của tỷ lệ mong muốn cung cấp cho các tỷ lệ
nhiên liệu. Thông tin phản hồi
từ cảm biến oxy cung cấp một sự điều chỉnh vòng kín của dự toán tỷ lệ để duy trì
tỷ lệ hỗn hợp lý tưởng.
điều khiển tốc độ nhiên liệu
1
tỷ lệ
throt
tốc độ
Cái tôi
báo chí
throtState
speedState
o2State
pressState
fuel_mode
điều khiển logic
Cảm biến
Thất bại
Sửa chữa
Chỉnh cảm biến và
Lỗi Redundancy
Mu
Mu
luồng không khí
chế độ

96. tỷ lệ nhiên liệu
Tính toán nhiên liệu
sens_in
Thất bại
chế độ
luồng không khí
Tính khí
4
MAP
3
EGO
2
động cơ
tốc độ
1
throtle
Hình 6.2: nhiên liệu điều khiển tốc độ hệ thống phụ
Trang 52
52
S
IMULINK
-S
TATEFLOW
T
ECHNICAL
E
XAMPLES
Kiểm soát logic
Một biểu đồ Stateflow duy nhất, bao gồm một tập hợp của sáu quốc gia song song, thực hiện các
logic điều khiển trong của nó
toàn bộ. Bốn tiểu bang song song thể hiện ở trên cùng của hình 6.3 tương ứng với bốn bộ cảm
biến cá nhân.
Còn lại hai trạng thái song song ở phía dưới xem xét tình trạng của bốn cảm biến cùng một lúc
và xác định chế độ hoạt động của toàn hệ thống. Mô hình đồng bộ gọi toàn bộ Stateflow
sơ đồ tại một mẫu thường xuyên khoảng thời gian 0,01 giây. Điều này cho phép các điều kiện
cho quá trình chuyển đổi đến
chế độ chính xác được kiểm tra một cách kịp thời.
Oxygen_Sensor_Mode
Pressure_Sensor_Mode
O2_normal
nhập cảnh: o2State = 0
O2_warmup
nhập cảnh: o2State = 1
press_fail
nhập cảnh: pressState = 1

97. press_norm
nhập cảnh: pressState = 0
O2_fail
nhập cảnh: o2State = 1
Throttle_Sensor_Mode
Speed_Sensor_Mode
throt_fail
nhập cảnh: throtState = 1
throt_norm
nhập cảnh: throtState = 0
speed_norm
nhập cảnh: speedState = 0
speed_fail
nhập cảnh: speedState = 1
Sens_Failure_Counter
MultiFail
FL0
FL1
FL4
FL2
FL3
Fueling_Mode
Fuel_Disabled
nhập cảnh: fuel_mode = KHUYẾT TẬT
Chạy
Quá tốc độ
Low_Emmisions
nhập cảnh: fuel_mode = LOW
Rich_Mixture
nhập cảnh: fuel_mode = RICH
Single_Failure
Bình thường
Tắt máy
H
H
[T> o2_t_thresh]
[Báo chí> max_press | báo chí <min_press]
/ Sens_Failure_Counter.INC
[Ego> max_ego] /
Sens_Failure_Counter.INC
[Ego <max_ego] /
Sens_Failure_Counter.DEC
[Báo chí> min_press & báo chí <max_press] /
Sens_Failure_Counter.DEC
[Throt> max_throt | throt <min_throt] /

98. Sens_Failure_Counter.INC
[Tốc độ == 0 & báo chí <zero_thresh] /
Sens_Failure_Counter.INC
[Throt> min_throt & throt <max_throt]
/ Sens_Failure_Counter.DEC
[Tốc độ> 0] /
Sens_Failure_Counter.DEC
INC
INC
INC
INC
Tháng mười hai
Tháng mười hai
Tháng mười hai
Tháng mười hai
[Tốc độ> max_speed]
[Trong (speed_norm) & ...
tốc độ <(max_speed - HYS)]
[! Trong (MultiFail)]
[Trong (FL1)]
[Trong (FL0)]
[Trong (FL1)]
nhập (MultiFail)
[Trong (MultiFail)]
[Trong (O2_normal)]
xuất cảnh (MultiFail)
tỷ lệ nhiên liệu
điều khiển / điều khiển logic
In 14 tháng 11 năm 1997 00:53:27
Hình 6.3: Kiểm soát lý Stateflow sơ đồ
Trang 53
U
SING
S
IMULINK VÀ
S
TATEFLOW TRÊN
Một
UTOMOTIVE
Một
PPLICATIONS
53
Khi thực hiện bắt đầu, tất cả các tiểu bang bắt đầu trong chế độ "bình thường" của họ với ngoại
lệ của oxy