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）

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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。

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）。（采用压缩气体修正参数计算，气体体积为1.12m3）。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） 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

25

20

P (kW)

15fc

10

5

[***********]

t (s)[**************]0

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

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

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

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

 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；

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；

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。

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。

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。

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]