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2014年春季学期期末考卷20150521(标准答案)

2014 年春季学期期末考卷[100](1.5 hours)
姓名: 学号: 考场纪律: 1) 可以使用 Matlab 软件进行查询、编程; 2) 试卷从网络学堂下载,完成后提交网络学堂; 3) 不允许访问除网络学堂以外的网站,一经发现,0 分处理。

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Part 1:编程[80]
1) M 文件编程[30 分] 《附件资料》中给出了一段燃料电池汽车测试数据 FCBus_Data20131104.txt 及初步程序 FCBus_DataRead.m,请根据数据按要求进行处理,提交程序及计算结果。 ? 利用 importdata 命令导入数据: data_struct=importdata(‘…\FCBus_Data20131104.txt ’)。 绘制如下曲线: 车速(Vh)-时间(t), DCDC 目标电流(Idctg)、 DCDC 输出电流(Idc)-时间, 目标转矩(Tqtg)、电机实际转矩(Tq)-时间,高压氢气压力(Ph2)-时间,高压氢气温度 (Th2)-时间。[10] ? 经过数据处理,绘制如下曲线:燃料电池输出功率(Ifc*Vfc/1000 kW)-时间(t),DCDC 输出功率(Vdc*Idc/1000 kW)-时间,动力电池输出功率(Ibat*Vbat/1000 kW)-时间,电 机控制器电功率(Im*Vm/1000 kW)-时间,电机机械功率(n*Tq/9550 kW)-时间。利用 高压氢气温度、压力值,调用 f_mh2.m 函数,计算这段时间氢气消耗量(kg) 。 (采 3 用压缩气体修正参数计算,气体体积为 1.12m ) 。并计算该车的百公里氢耗(氢耗 [kg]/行驶距离[km]*100, 单位为 kg/100km) , 利用 trapz 命令计算某物理量对时间的 积分。[10] 0.76kg, 5.69kg/100km ? 计算燃料电池等效内阻,动力电池等效内阻。[5] 记 Vfc=Vfc0-Ifc*Rfc。在试验中测得电压、电流数据为 Vfc、Ifc,且均为列向量,则 Vfc0、Rfc 两个参数可按下式计算。 A=[ones(length(Ifc),1) -Ifc]; x=A\Vfc; Vfc0=x(1); Rfc=x(2); Rfc=-3.9Ohm, Rbat=0.0499Ohm 计算燃料电池系统的效率,效率=燃料电池系统输出能量(功率-时间的积分)/所消 耗氢气的能量(氢气质量*121MJ/kg)[5] Eff=39.5% (程序参考:附件资料\ExaminationAnswer_Part1_1.m)

?

2

2) S-function 编写[20 分] 给定两个程序 Topic2_plot.m 和 Topic2_example.mdl。 前者为主程序,调用 Topic2_example.mdl,并对比绘制新旧信号; 后者为信号处理程序,采用“from workspace” “to workspace”模块,在 workspace 中调 用现有信号,并将其进行处理后输出。 本题要求如下。 ? 用任意一种方法,在 s-function 环境下编写一阶滤波算法,该算法的传递函数为 G(s)=1/(10s+1)。[10] ? 将 1 ) 中 计 算 得 到 的 燃 料 电 池 输 出 功 率 (Ifc*Vfc/1000 kW) 进 行 滤 波 , 并 基 于 Topic2_plot.m 程序,对比绘制原始信号和滤波后信号,要求注明 X、Y 轴意义和单 位, 区分新旧信号。 (如果 s-function 没写出来, 可以调用 simulink 的现有模块) 。 [10] (程序参考:附件资料\ExaminationAnswer_Part1_2.m,EA_Part1_2_model.slx)

30 Original Filter1 Filter2 Filter3 Filter4

25

20
(kW) P
fc

15

10

5

0

0

200

400

600

800

1000 t (s)

1200

1400

1600

1800

3

3) Simulink 程序综合应用[15 分] 给定一个 2 挡纯电动客车模型:BEVParameters_20140323.m,BEV_20140520.mdl。以下 每个问题要求给出仿真曲线和相关结果。 (程序参考: 附件资料\BEV_Model\ EA_Part1_3_model.slx、BEVParameters_20140323.m) ? 在 Simulink 中增加计算模块,用于计算车辆行驶距离(车速 Vs 的积分) 、电池放电 能量(放电功率 Pbat 的积分) 、电池内阻散热能量(散热功率的积分,散热功率 =Ibat*Ibat*Rdischarge,变量在 battery 子模块中)[6]

行驶距离:EA_Part1_3_model/Subsystem1

?

电池放电能量和内阻损耗能量:EA_Part1_3_model/Subsystem1/battery 如果目标车速 Vhtg 设定为 100kmph,该车最高车速能否达到这个值?如果不能达 到,该车的最高车速是多少?从 0 起步到 90%最高车速的加速时间是多少?加速过 程电池 SOC 降低了多少?电池电压 Ubat 变化了多少?(其他参数采用默认值)[5] 否。最高车速 80kmph。52.5s。SOC 降低 7%,工作电压降低 31.8V

4

第一步:将模型中 Vhtg 的值设定为 100

第二步:运行 BEVParameters_20140323,加载模型所需参数 第三步:运行 simulink 模型(EA_Part1_3_model) ,双击下图中的 scope,显示目标 车速、实际车速(注意单位为 m/s) 。

从图中可见,最高车速 80kmph。90%车速为 72kmph。从 0-72kmph(20m/s)加速时 间为 52.5s

5

第四步:读取 52.5s 时 SOC 和电池电压的变化。点击下图所示的两个 scope

6

从 scope 中读取第 52.5s 的值。SOC 为 0.93,下降了 7%;电池电压为 401.9V,下降 了 433.7-401.9=31.8V

7

?

如果以最高车速的 50%车速匀速运行,动力电池 SOC 允许放电范围为 100%-20%, 该车的续驶里程(对 Vs 进行积分)是多少?电池消耗了多少能量(放电能量+内阻 散热能量)?(其他参数采用默认值)[4] 25km,90.6MJ 将目标车速设为 50,模型运行时间足够长(2000s) ,运行模型。 首先点击打开 SOC 运行曲线,读取 SOC 达到 20%的运行时刻为 1814.4s;

之后点击打开行驶距离曲线,读取第 1814.4s 时,行驶距离约为 25km;

8

将电池放电能量、内阻消耗能量相加,得到电池总消耗能量。

点击打开总消耗能量曲线图,读取第 1814.4s 时,总消耗能量约为 90.6MJ;

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4) 自动代码生成,函数结构、数据结构[10 分] 参考上述 2 挡纯电动客车模型:BEVParameters_20140323.m,BEV_20140520.mdl。将模 型中的 controller 模块转换成 C 代码,要求:硬件设置 Generic 32bit,tlc 模板为 ert.tlc (embedded coder),或者 grt.tlc (visual C++)。 (程序参考: 附件资料\BEV_Model\ Controller.mdl 附件资料\BEV_Model\ Controller0_ert_rtw\) ? 提交生成代码,写出生成的两个主要函数名,并解释其作用 [5] void Controller0_step(void):模块主函数 void Controller0_initialize(boolean_T firstTime):模块初始化函数 void Controller0_terminate(void):模块终止函数 ? 输入结构体类型是什么?输入变量名是什么?[2] 输入结构体类型:ExternalInputs_Controller0 输入变量名:Controller0_U ? 输出结构体类型是什么?输出变量名是什么?[2] 输出结构体类型:ExternalOutputs_Controller0 输出变量名:Controller0_Y ? 如果底层代码中有一个变量 acc 为加速踏板输入信号,该值将赋给模型入口变量 ACC_position1,赋值代码如何写?(不用考虑数据类型问题)[0.5] Controller0_U. ACC_position1=acc; ? 如 果 底 层 代 码 中 有 一 个 变 量 Tm 为 驱 动 电 机 目 标 转 矩 , 该 模 型 出 口 变 量 T_motor_demand_Nm 的值将赋给该变量,赋值代码如何写?(不用考虑数据类型 问题)[0.5] Tm= Controller0_Y. T_motor_demand_Nm 注:最简单的赋值代码为 a=b,即 将 b 的值赋给变量 a。

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5) TLC 语言编程[5 分] 参考给定的程序 guide.rtw 和 read-guide-example.tlc。要求输出框中的文本,请编写 tlc 程序。 可在 command window 中输入下述命令,将 tlc 模板翻译成文本。 要求:红色部分需要通过 %<> 或者 %keywords 的形式调用,不能直接将文本输出。 tlc -v -r guide.rtw read-guide-example.tlc Using TLC you can: * Directly access any field's value, e.g. %<Top.Date> -- evaluates to: "21-Aug-2008" worker expands to Top.Employee.Name = Arthur Dent * Perform arithmetic operations, e.g. wageCost expands to Top.Employee.PayRate 11.5 * Top.Employee.Overhead 1.78 = 20.47 * Traverse and manipulate list data via loops, e.g. - At top of Loop, Project = Tea; Difficulty =3 - Bottom of Loop, i = 0; diffSum = 3.0 - At top of Loop, Project = Gillian; Difficulty =8 - Bottom of Loop, i = 1; diffSum = 11.0 - At top of Loop, Project = Zaphod; Difficulty =10 - Bottom of Loop, i = 2; diffSum = 21.0 Average Project Difficulty expands to diffSum 21.0 / Top.NumProject 3= 7.0

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Part 2:阐述[20]
1) 采用图片、文字、公式的形式,阐述 Simulink 模型运行机理。[5 分]

2) 下图为 V 型开发模式的基本流程图[5 分] ? 说明图中 5 个项目节点的名称 系统设计、控制器快速原型、软硬件开发、硬件在环、系统集成及调试 ? 阐述这 5 个项目节点的主要工作 按上述内容稍微展开即可。

图 1 V 型开发模式基本流程图 3) 解释如下基本概念:离线仿真、实时仿真、硬件在环仿真、快速原型控制器、宿主机/ 目标机[5 分] 离线仿真:在计算机中仿真,模型运行步长与实际时钟步长不一致 实时仿真:在计算机中仿真,模型运行步长与实际时钟步长一致 硬件在环仿真:真实控制器+计算机实时仿真系统(模拟物理对象,如发动机) 快速原型控制器:在通用硬件平台上实现的控制器,称为快速原型控制器 宿主机/目标机:运行监控程序的称为宿主机;被监控程序操纵的称谓目标机。一般常 见于实时仿真系统。

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4) 请从系统结构、通讯方式、实时性、TLC 模板、操作系统与 Windows 的关系 等 5 方面 对比 xPC 与 RTWin 实时仿真系统的区别。[5 分] 系统结构 通讯方式 实时性 TLC 模板 操作系统与 Windows 的 关系 无关系, 独立

xPC

两台电脑, 宿主机+目 标机 一台电脑, 虚拟宿主机 +虚拟目标 机

串口、TCP/IP



xpctarget.tlc

RTWin

操作系统内 部通讯



rtwintg.tlc

实时操作系 统 实 际 为 windows 系 统的一部分, 寄生关系

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