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一种平地—楼梯两用助行装置设计与控制系统的研究
作 者: 吴颖
导 师: 陈庆伟
学 校: 南京理工大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 助行装置 爬楼梯 无刷直流电动机 协调控制 驱动器
分类号: TU857
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要
当今社会逐渐步入老龄化阶段,各国老年人口比率在大幅度提高;近年来各种自然灾害和人为事故频繁发生,使残疾人的数量也有所提高。轮椅已成为大部分年老体弱者和肢体残障人士的主要助行工具。然而,市场上现有的普通轮椅都无法上、下楼梯,令使用者无法克服最常见的楼梯障碍。国内外销售的可爬楼梯轮椅大都价格昂贵不适宜我国普通家庭使用。为改善老年人和残疾人的生活质量,使其拥有更大的活动空间,提出了一种兼具上、下楼梯和平地行驶的助行装置方案,该助行装置依靠独特的爬楼梯机构实现上、下楼梯功能。课题将实现目标定为半自动结构,首先根据其功能原理进行功率、转矩的计算,选择合适的电动机和电池,完成了助行装置的车体布局;根据助行装置的动力传动要求完成了助行装置的机械结构设计,搭建了爬楼梯机构的传动机械实物模型;对助行装置在上楼梯时的重心波动曲线进行了分析,验证了方案的可行性。其次针对选用的无刷直流电动机建立电动机模型,掌握电动机的驱动原理和控制方法,在Matlab/Simulink环境下搭建无刷直流电动机的仿真模型,进行双闭环调速控制仿真,为后期的电动机控制器设计奠定理论基础。助行装置在上、下楼梯时车体左右侧的电动机需要输出相同的转速,否则车身会有掉下楼梯的危险。针对此种情况,本文研究了多电动机同步协调控制问题,采用补偿原理,利用模糊PID和PID的切换控制实现了双电动机抗干扰的同步协调控制。最后,在无刷直流电动机的控制仿真基础上,利用DSP芯片TMS320F2812采用模块化的设计方法,完成了无刷直流电动机双闭环控制系统的软件设计。
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全文目录
摘要 3-4 英文摘要 4-7 1 绪论 7-15 1.1 课题研究背景和意义 7-8 1.2 国内外研究现状 8-13 1.2.1 履带式 8-9 1.2.2 轮组式 9-10 1.2.3 腿式 10-11 1.2.4 复合式 11-12 1.2.5 固定、附加辅助装置及其他 12-13 1.3 需要研究的问题 13-14 1.4 本文研究内容与安排 14-15 2 助行装置结构设计及性能分析 15-29 2.1 助行装置电动机与电池选型 15-17 2.2 助行装置整体布局 17-18 2.3 助行装置机械传动设计 18-23 2.3.1 切换装置设计 18-20 2.3.2 传动装置设计 20-22 2.3.3 爬楼梯机构的结构实现 22-23 2.4 助行装置重心波动分析 23-27 2.4.1 助行装置爬楼梯重心波动计算 23-25 2.4.2 国外某产品爬楼梯重心波动计算 25-26 2.4.3 两种爬楼梯装置车体波动性对比分析 26-27 2.5 本章小结 27-29 3 无刷直流电动机控制系统设计 29-39 3.1 无刷直流电动机的基本组成 29-30 3.2 无刷直流电动机工作原理 30-31 3.3 无刷直流电动机的数学模型建立 31-35 3.3.1 无刷直流电机状态方程建立 31-33 3.3.2 无刷直流电动机仿真模型建立 33-35 3.4 无刷直流电动机控制系统仿真模型建立 35-37 3.4.1 转速调节器模块设计 35 3.4.2 电流调节器模块设计 35-36 3.4.3 驱动模块设计 36-37 3.5 无刷直流电动机仿真结果 37-38 3.6 本章小结 38-39 4 双电动机的同步协调控制 39-50 4.1 同步协调控制原理 39-40 4.2 模糊PID控制原理 40-42 4.3 模糊PID控制器设计 42-44 4.4 仿真结果 44-49 4.5 本章小结 49-50 5 软件设计 50-65 5.1 软件设计总体方案 50-51 5.2 脉宽调制模块设计 51-54 5.3 换相模块设计 54-57 5.3.1 转子位置检测 54-55 5.3.2 功率管开关信号变换 55-57 5.4 转速检测模块设计 57-58 5.5 电流检测模块设计 58-59 5.6 调速控制模块设计 59-61 5.7 主函数设计 61-62 5.8 系统调试 62-64 5.8.1 调试条件 62-63 5.8.2 调试结果 63 5.8.3 调试总结 63-64 5.9 本章小结 64-65 总结与展望 65-67 致谢 67-68 参考文献 68-72
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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 房屋建筑设备 > 机电设备 > 电梯工程
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