假设一辆列车在水平轨道上运行从站台A运行至站台B其间距为51447m 运行的速度上限为100kmh列车质量为1763t列车旋转部件惯性的旋转质量 因数ρ = 108列车电机的最大牵引力为310KN机械制动部件的最大制动力为 760KN。列车受到的阻力满足Davis阻力方程f = 20895 + 00098v + 0006v^2 该 公式中的速度单位为ms阻力单位为KN。 请你通过建模方法编写mat
解题思路:
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对列车运行过程进行建模,包括受力分析和运动学分析。
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使用欧拉法求解微分方程,得到速度-距离曲线、牵引制动力-距离曲线、时间-距离曲线与能量消耗-距离曲线。
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考虑不同时间到达站台B的情况,分别绘制六组曲线。
具体步骤:
- 列车受力分析
列车受到的力包括:牵引力、制动力、重力和阻力。
其中,重力可以表示为:
$F_g = mg$
阻力可以根据给定的Davis阻力方程表示为:
$f = 2.0895 + 0.0098v + 0.006v^2 $
牵引力和制动力需要根据列车的运动状态进行判断,即当列车速度小于100km/h时,牵引力可以取310KN,制动力取0;当列车速度大于100km/h时,牵引力取0,制动力可以取760KN。
- 运动学分析
根据牛顿第二定律,列车的加速度可以表示为:
$a = \frac{F_{\text{net}}}{m}$
其中,$F_{\text{net}}$为列车受到的净力,$m$为列车质量。
根据旋转惯量的定义,可以得到旋转惯量的表达式:
$I = \rho \cdot m \cdot r^2$
其中,$\rho$为旋转质量因数,$r$为旋转部件到转轴的距离。
列车的运动状态可以表示为:
$\begin{aligned} v &= \frac{ds}{dt} \ a &= \frac{dv}{dt} \end{aligned}$
- 欧拉法求解微分方程
根据欧拉法的公式,可以得到列车运动状态的更新公式:
$\begin{aligned} v_{i+1} &= v_i + a_i \cdot \Delta t \ s_{i+1} &= s_i + v_i \cdot \Delta t \end{aligned}$
其中,$v_i$和$s_i$分别表示第$i$个时间步长时的速度和位移,$a_i$表示第$i$个时间步长时的加速度,$\Delta t$表示时间步长。
- 绘制曲线
根据上述分析,可以得到列车运行过程的速度-距离曲线、牵引制动力-距离曲线、时间-距离曲线和能量消耗-距离曲线。根据题目要求,需要考虑不同时间到达站台B的情况,分别绘制六组曲线。
Matlab程序如下
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