学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

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
下　载: 88次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

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。

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

一种平地—楼梯两用助行装置设计与控制系统的研究

内容摘要

全文目录

相似论文