自平衡电动车的建模与仿真
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基于CRUISE的电动汽车的建模与仿真摘要:动力性与经济性是电动汽车的重要评价指标,本文根据某一款纯电动汽车的基本技术参数和设计要求,先基于理论设计对该车型进行电机和电池的参数匹配,再利用CRUISE软件搭建整车模型,对整车进行动力性与经济性仿真分析。
通过结果分析,证明理论设计参数满足设计要求,验证该方法的可行性,为纯电动汽车进一步设计研究提供理论依据。
0引言电动汽车以电能这一清洁能源为动力来源,零排放,零污染,是汽车行业未来的发展方向。
动力性和经济性是汽车重要的性能指标,合理良好的整车参数匹配方法不仅可以满足车辆的动力性要求,而且可以提高车辆续驶历程,提升车辆经济性能。
使用专业软件CRUISE对汽车进行建模仿真,可以缩短整车开发周期,降低开发成本。
本文以某一款纯电动汽车开发为例,根据纯电动汽车理论设计原理,对整车参数进行匹配计算,并采用CRUISE软件搭建整车模型,对整车动力性、经济性进行仿真研究。
1 参数匹配计算纯电动汽车动力系统参数匹配的主要任务是完成动力系统部件的选型和参数确定,即确定电机、电池以及变速器的型式及其关键特征参数。
本文选取某电动汽车为研究对象,整车参数如表1所示。
根据设计要求,本课题设计的纯电动汽车动力性指标如表2所示: 1.1电机参数匹配驱动电机是纯电动汽车唯一的动力来源,是决定整车动力性与经济性的关键因素之一。
选择一台电动汽车的驱动电机,需要匹配的参数主要有电机的额定功率、最大功率、额定转速、最高转速等。
1.1.1确定电机额定功率与最大功率电机功率通常由电动汽车的最高车速u()、最大爬坡度和加速时间t这三个动力性能指标决定。
最高车速确定最大功率计算最高车速时,忽略坡度阻力,车辆主要受到滚动阻力和风阻的影响,最大需求功率为式中:为传动系效率(本文取0.9);为滚动阻力系数;为空气阻力系数;为迎风面积;为最高车速。
汽车以某一速度爬上一定坡度时,最大需求功率为式中。
车辆加速过程中,忽略坡路阻力,所受到的阻力主要包括滚阻、风阻以及加速阻力,加速后期所需功率最大,最大需求功率为式中:为经过加速后汽车速度,为加速时间,为旋转质量换算系数。
基于ADAMS和Matlab自平衡双轮电动车系统的联合仿真李鹏;郝骞;任一峰;陆静逸
【期刊名称】《机床电器》
【年(卷),期】2011(038)004
【摘要】运用虚拟样机技术,可以简化机械产品的设计开发过程,缩短产品的开发周期和降低开发成本,获得最优化和创新的设计产品.为了提高自平衡双轮设计的效率与可靠性,本文建立了基于虚拟样机技术的仿真系统.在ADAMS中建立自平衡双轮的动力学模型,首先以倒立摆数学模型为基础,应用拉格朗日方程构造系统的动力学模型,然后通过ADAMS与Matlab的接口ADAMS/Controls模块,实现自平衡双轮电动车基于ADAMS与Matlab的联合步行仿真.仿真结果表明,基于ADAMS和Matlab的自平衡机器人具有较好的动态性.
【总页数】3页(P56-58)
【作者】李鹏;郝骞;任一峰;陆静逸
【作者单位】中北大学信息与通信工程学院,030051;中北大学信息与通信工程学院,030051;中北大学信息与通信工程学院,030051;中北大学信息与通信工程学院,030051
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.基于ADAMS与MATLAB自平衡双轮车混合模型建模 [J], 杨志刚;田浪;单少华
2.基于ADAMS和Matlab的新型复合式高速转子在线动平衡装置联合仿真 [J], 程峰;王俊元;蒋红琰
3.基于ADAMS和MATLAB的双轮自平衡小车模糊控制仿真 [J], 张强;梁义维
4.基于ADAMS和MATLAB的双轮虚拟倒立摆的控制仿真 [J], 曹志杰;孙汉旭;贾庆轩
5.基于Matlab和Adams的自平衡机器人联合仿真 [J], 徐建柱;刁燕;罗华;高山因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
的细节的影晦,经过这几方面的简化之后,虽然会对分析造成一定的误差,但是误差的范围还是可以接受的。
模型主要包括:车身模型、轮胎模型、路面模型、人-椅模型.一般的车辆都有转向系统模型,本车的转向与一般车辆不同。
主要通过前端的万向轮,而j}!I用电机控靠B后部驱动轮转速实现的。
对于车身模型,我们建立的CAD模型有底盘模型、电池模型、电机模型、座椅模型等。
在uG中单个零件建立完以后,然后再进行装配,装配时按照整车的绝对坐标系来进行,即可完成对于整车几何模型的建立.由于uG软件和ADAMS软件拥有共同的PARASOLID实体模型内核,将各个零件在uG中保存为PARASOLID格式,很方便的就可以RADAMS软件进行调用.由于在UG中装配时采用的是绝对坐标系,这样就避免了零件在导,入ADAMS以后的再装配。
装配好的几何模型如蛩2.2所示图2.2整车装配几何模型啦2.2Gl煳∞岫c矗lmodelfor幽曲cicwheelcktir根据各零部件之厨的约束和运动关系,在AI)A^毽软件中施加室每束。
在约束建模的时候,有以下几点值得注意:图2.4轮胎刨建对话框Fig2.4Thedialogueboxofc删ngfire2.6随机路面文件的生成2.6.1随机路面不平度的拟合理论通常把路面相对基准平面的高度口,沿道路走向长度I的变化口(D,称为路面纵断面曲线或者不平度函数。
路面不平度具有明显的数据不确定性特征,从数学角度而言,称之为随机函数,只能用概率和统计方法去描述。
统计学上,可以用概率公布或者概率密度,高阶统计量,谱函数,系列谱矩阵等进行完整的描述。
路面不平度属于一种重要的工程随机过程—平稳Craussian过程。
工程中另一个重要的合理化假设是认为路面不平度是各态历经的,因此在分析、计算和模拟路面不平度时用其时间样本替代其空间样本.对于遍历的平稳Gamsian过程的模拟方法相对成熟。
根据随机过程理论,样本函数的Fourier变换通常不满足积分存在的条件,得不到傅式频谱。
两轮自平衡小车系统制作研究[摘要] 自平衡小车是学习和研究各种控制方法的理想实验平台。
而系统灵敏度是研究参数不确定性对系统性能影响的理论,对两轮自平衡小车进行灵敏度分析是深入研究必须要做的工作。
[关键字] 两轮自平衡小车,系统制作,灵敏度两轮自平衡小车是一个集环境感知,动态决策与规划,行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统,是动力学理论和自动控制理论与技术相结合的研究课题,其关键是解决在完成自身平衡的同时,还能够适应各种环境下的控制任务。
利用外加的红外传感器、速度传感器、倾角传感器、防碰撞开关等,来实现小车的自主避障、跟踪、路径规划等复杂功能。
一、两轮自平衡小车的工作原理当未做控制时,不论车身向前倾斜或者向后倾斜,左右轮都处于静止状态,也就是说车身前后摆动与车轮转动是相互独立的。
当开始控制时,车身在竖直站立的状态下释放,小车有静止、前进、后退三种运动的方式,在正确的控制策略下,小车能够保持自身的平衡。
这三种运动方式与控制策略如下所述:(1)静止:如果车身重心位于电机轴心线的正上方,则小车将保持平衡静止状态,不需要做任何控制。
(2)前倾:如果车身重心靠前,车身会向前倾斜,则驱动车轮向前滚动,以保持小车平衡。
(3)后退:如果车身重心靠后,车身会向后倾斜,则驱动车轮向后滚动,以保持小车平衡。
因此,两轮自平衡小车平衡控制的基本思想是:通过测量,得知车身与垂线的之间的相对角度及角速度,控制电机转动的方向以及输出力矩的大小,以此来保持小车自身的动态平衡[1]。
二、两轮自平衡小车系统的模型与分析1.小车的物理模型为了方便两轮自平衡小车系统的建模,将其物理结构简化,小车可绕x轴在yoz平面旋转也可在xoy平面中沿着任意方向平移和旋转。
为简化计算,假设驱动电机转子转轴与两轮圆心的连线完全重合,电机安装于可俯仰运动的小车车体上,但除了驱动电机外,不会对机器人的运动产生其他任何作用。
系统建模时以机器人的俯仰角和机器人的位置p(x,y)为系统输入量,以两个驱动电机的输出力矩为系统输出量,不考虑减速齿轮的配合误差及轴承的摩擦的影响。
两轮平衡车建模与系统设计的开题报告
一、选题背景
随着技术的不断发展,越来越多新型的运动方式开始普及,其中,
两轮平衡车逐渐成为了时尚休闲运动的代表。
而二十一世纪初,随着马
达电动机和陀螺仪等技术的成熟,两轮平衡车得以实现电动化,从而吸
引了更多人的关注。
但是目前,两轮平衡车市场存在着诸多问题,如车
身稳定性、动力系统的优化、安全性等方面,这些问题都需要通过建模
与系统设计加以解决。
二、研究意义
本次研究旨在建立两轮平衡车的动力学模型和控制模型,通过仿真
的方式对两轮平衡车进行控制策略的评估,并提出制约两轮平衡车系统
稳定性和控制性能的因素,从而为两轮平衡车的设计与控制提供必要的
理论基础和技术支持。
三、研究内容
本次研究主要内容包括以下三个方面:
1. 两轮平衡车的动力学建模
2. 控制系统的设计与实现
3. 仿真验证与性能评估
四、研究方法
1. 建立两轮平衡车的动力学模型,包括运动学模型和动力学模型。
2. 设计控制策略,包括PD控制策略、LQR控制策略等。
3. 建立基于MATLAB/Simulink的仿真模型,对两轮平衡车进行模拟。
4. 通过仿真模型验证控制策略的有效性,并对控制性能进行评估。
五、预期目标
本次研究的预期目标为,建立较为准确的两轮平衡车动力学模型和控制模型,实现控制策略的设计与实现,通过仿真验证控制策略的有效性,并提出优化建议。
期望该研究的成果能够为两轮平衡车的设计与控制提供理论依据和技术支持。
两轮自平衡机器人的动力学模型的分析与建立作者:顾鹏程李冰陈静来源:《电脑知识与技术》2016年第07期摘要:根据两轮自平衡机器人设计原理,利用经典牛顿力学分析,建立两轮自平衡机器人的动力学模型,在Matlab中计算并验证,为后续的控制器的研究提供了基础保证。
关键词:两轮自平衡机器人;牛顿力学分析;动力学模型中图分类号:TP399 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)07-0232-02Analysis and Establishment of Two-wheeled Self-balancing Robot Dynamic ModelGU Peng-cheng,LI Bing, CHENG Jing(College of Information Technology Engineering, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222, China)Abstract:According to the design of two two-wheeled self-balancing robot, used the method of Newton's classical mechanics. The dynamic model of two-wheeled self-balancing robot was established. Calculated and verified in Matlab. The research provides the foundation for subsequent controllers.Key words:two two-wheeled self-balancing robot; Newton's classical mechanics; dynamic model1 概述两轮自平衡自机器人拥有极强的灵活性,便捷性,一直受到国内外机器人领域的研究的高度重视。
文章编号:2095-6835(2018)20-0054-04基于ADAMS与MATLAB的自平衡车系统控制仿真*戴伟1,陈峰1,张玉芳2(1.南通大学,江苏南通226019;2.无锡职业技术学院,江苏无锡214121)摘要:双轮自平衡车的自主平衡动态过程是一个复杂的非线性过程,定量观察比较困难,利用ADAMS和MATLAB构建的联合仿真研究可以较好地解决这一问题。
通过SoildWorks搭建系统机械3D模型,将其导入ADAMS建立出虚拟样机系统;在MATLAB/Simulink中利用模块化结构构造出车辆平衡控制器;通过软件之间的调用,就可以实现虚拟的机械力学系统与控制系统之间的信息交互,动态模拟出车辆平衡过程。
仿真结果表明,设计出的控制律能实现车辆自主平衡,并可以直观显示动态过程,为后续优化系统设计提供有力依据。
关键词:两轮平衡车;MATLAB/Simulink;ADAMS;动力学仿真中图分类号:V414文献标识码:A DOI:10.15913/ki.kjycx.2018.20.0541概述机电一体化系统往往都离不开机械系统和控制系统两大核心。
传统上把这2个系统进行分开设计,构建各自的实物系统,然后进行调试。
一旦出现问题,往往需要修改设备硬件结构,费时费力。
为了解决这个问题,现代机电系统设计中引入了虚拟样机技术,比如美国Mechanical Dynamics公司的ADAMS通用机械系统动力学仿真软件[1],德国INTEC Gmbh公司开发的SIMPACK多体动力学分析软件包软件[2]等,其中ADAMS 的应用最广泛。
利用这类软件,可以将物理机械系统在计算机中以三维模型方式虚拟构建,并加以相应运动约束,使其尽量接近实物系统,即所谓的“虚拟样机”。
在产品研发过程中采用虚拟样机技术,可在制造物理样机前进行虚拟测试以发现设计缺陷,并直接进行修改,不仅缩减研发周期,更大幅降低研发成本。
在此基础上,还可以结合MATLAB/Simulink开发控制模块,以共用虚拟模型的方式,实现虚拟机械与虚拟控制系统之间的交互设计仿真,将力学原理与控制理论有机结合,为解决机械系统的控制问题提供了一条高效的途径。
平衡车模型分析报告1. 引言平衡车作为一种人力控制的交通工具,近年来越来越受到人们的关注。
其独特的设计和功能使得它成为了许多人的选择。
本报告旨在对平衡车的模型进行分析,探讨其原理和机制,并提供相关的模型分析结果。
2. 平衡车的原理和机制平衡车的原理和机制基于倒立摆的控制理论。
倒立摆是一个具有两个自由度的非线性动力学系统,通过控制系统使得摆杆保持竖直状态。
平衡车可以在两个轮子上实现这种倒立摆的稳定。
平衡车的控制系统通常由以下几个组成部分组成:2.1 传感器系统传感器系统用于感知平衡车的姿态和环境信息。
常见的传感器包括陀螺仪、加速度计和磁力计。
陀螺仪用于测量平衡车的角速度,加速度计用于测量平衡车的加速度,磁力计用于测量平衡车的方向。
2.2 控制算法控制算法是平衡车实现倒立摆稳定的关键。
常见的控制算法包括PID控制器和模糊控制器。
PID控制器通过调节控制器的比例、积分和微分系数来实现控制。
模糊控制器通过模糊推理和模糊规则来实现控制。
2.3 电机系统电机系统用于控制平衡车的速度和方向。
通常使用直流有刷或无刷电机作为平衡车的驱动电机。
电机系统通过调节电机的电流来实现对平衡车的控制。
3. 模型分析结果我们基于上述原理和机制对平衡车进行了建模和分析,得出以下模型分析结果:3.1 平衡车的动力学模型平衡车可以用一个二自由度倒立摆模型来描述其动力学行为。
该模型由两个非线性微分方程组成,描述了平衡车在不同时间和位置的姿态和速度。
3.2 平衡车的控制算法我们针对平衡车的控制系统设计了一个PID控制器算法。
该算法通过测量平衡车的姿态和速度,并通过调节控制器的参数来实现对平衡车的稳定控制。
3.3 平衡车的性能分析我们对平衡车的性能进行了分析,包括其稳定性、响应速度和能耗。
通过模拟实验和仿真分析,我们得出了平衡车在不同工况下的性能指标。
4. 结论通过对平衡车模型的分析,我们深入理解了平衡车的原理和机制。
我们设计了一个PID控制器算法,并对平衡车的性能进行了评估。