發(fā)布時(shí)間：2017-08-07 17:15

  本文關(guān)鍵詞：頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)的控制策略研究

  更多相關(guān)文章： 頸椎牽引 頸椎支撐氣缸 氣動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)學(xué)模型 模糊PID控制

【摘要】：頸椎綜合征一直以來都是長期困擾中老年人群的病癥,發(fā)病率久高不下,但近年來隨著智能手機(jī)和平板電腦的普及,患病人群的年齡逐年下探,甚至有兒童患有頸椎綜合征的臨床病例。作為治療頸椎綜合征的有效手段之一,頸椎牽引療法被患者廣泛接受和認(rèn)可,但現(xiàn)有的頸椎牽引設(shè)備都有著明顯的缺陷。本文將氣動(dòng)技術(shù)與頸椎牽引相結(jié)合,以頸椎牽引床的關(guān)鍵組成部分——頸椎支撐氣缸作為主要研究對象,該頸椎支撐氣缸組件以多點(diǎn)成形技術(shù)的設(shè)備結(jié)構(gòu)為靈感,由六個(gè)相同規(guī)格獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的單桿氣缸組成,根據(jù)人體頸部生理曲線和頸椎骨的大小排列布置,主要用于支撐人體的C3-C5頸椎骨。目的是通過控制頸椎支撐氣缸的支撐位置構(gòu)建不同的頸椎生理曲度平面,來適應(yīng)和調(diào)整不同患者的頸椎生理曲度,初步實(shí)現(xiàn)受損頸椎基本康復(fù)治療的功能。首先,根據(jù)人體頸椎的生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn),利用三維設(shè)計(jì)軟件繪制了臥式頸椎牽引床的整體設(shè)計(jì)以及頸椎支撐氣缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并解釋說明了功能和操作模式,以及本研究選用的頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)的工作原理。然后,本文詳細(xì)介紹了頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)過程,建立了頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型。根據(jù)氣動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)選擇了模糊PID控制作為頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)的控制策略,設(shè)計(jì)了模糊控制器,并且加入了壓力-位移的聯(lián)合控制來確保本研究作為頸椎牽引醫(yī)療器械應(yīng)用時(shí)的安全性和可靠性。最后,利用MATLAB/Simulink對頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行了仿真和分析。三種信號(hào)的仿真曲線對比顯示,本研究制定的模糊PID控制策略能夠達(dá)到對頸椎支撐氣缸的預(yù)期控制效果。另外根據(jù)頸椎支撐氣缸的控制策略進(jìn)行了硬件的選擇。本研究對氣動(dòng)位置控制技術(shù)在醫(yī)療器械領(lǐng)域的應(yīng)用提供了相關(guān)理論依據(jù),對促進(jìn)氣動(dòng)技術(shù)與頸椎牽引療法的結(jié)合和臥式頸椎牽引床等醫(yī)療器械行業(yè)的發(fā)展具有一定的理論和實(shí)際價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：頸椎牽引 頸椎支撐氣缸 氣動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)學(xué)模型 模糊PID控制
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH789;TH138
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 課題研究的意義13-14
• 1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 頸椎牽引療法的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀14-17
• 1.3.2 頸椎牽引器械的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀17-19
• 1.4 本論文的主要內(nèi)容19-20
• 1.5 本章小結(jié)20-21
• 第2章 頸椎支撐氣缸結(jié)構(gòu)和功能及氣動(dòng)系統(tǒng)理論分析21-35
• 2.1 結(jié)構(gòu)和功能21-25
• 2.1.1 臥式頸椎牽引床的總體介紹21-22
• 2.1.2 頸椎支撐氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22-24
• 2.1.3 功能與操作模式24-25
• 2.2 頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)25-27
• 2.3 氣缸爬行理論分析27-33
• 2.3.1 單桿雙作用氣缸爬行的機(jī)理27-28
• 2.3.2 氣缸最小無爬行速度的推導(dǎo)28-33
• 2.4 氣缸輸出力理論分析33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第3章 頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)35-51
• 3.1 前言35
• 3.2 氣動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)35-48
• 3.2.1 比例閥的流量連續(xù)性方程36-39
• 3.2.2 比例閥的閥口流量方程39-40
• 3.2.3 氣缸兩腔的壓力微分方程40-41
• 3.2.4 單自由度氣缸活塞的力平衡方程41-42
• 3.2.5 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)42-43
• 3.2.6 比例閥的數(shù)學(xué)模型43-46
• 3.2.7 氣動(dòng)系統(tǒng)的總模型46-48
• 3.3 頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型48-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第4章 頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)的控制策略研究51-67
• 4.1 前言51
• 4.2 控制策略的設(shè)計(jì)原則51-52
• 4.3 頸椎支撐氣缸系統(tǒng)的模糊PID控制52-53
• 4.3.1 頸椎支撐氣缸的模糊控制52
• 4.3.2 頸椎支撐氣缸的模糊PID控制52-53
• 4.4 頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)的模糊控制器設(shè)計(jì)53-62
• 4.4.1 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53-54
• 4.4.2 精確量的模糊化54-55
• 4.4.3 隸屬度函數(shù)55-58
• 4.4.4 模糊控制規(guī)則表58-61
• 4.4.5 模糊判決61-62
• 4.5 基于壓力-位置反饋的聯(lián)合控制系統(tǒng)62-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 第5章 頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)的仿真分析及硬件選擇67-81
• 5.1 仿真分析67-76
• 5.1.1 頸椎支撐氣缸的PID仿真分析67-70
• 5.1.2 頸椎支撐氣缸的模糊PID仿真分析70-76
• 5.2 頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)的硬件選擇和設(shè)計(jì)76-80
• 5.2.1 硬件選擇和設(shè)計(jì)原則76-77
• 5.2.2 硬件具體設(shè)計(jì)77-80
• 5.3 本章小結(jié)80-81
• 第6章 結(jié)論及展望81-83
• 6.1 結(jié)論81-82
• 6.2 展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-89
• 在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果89-91
• 致謝91

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馬建全,韓世發(fā),陳寧,周連生,李春虎;便攜式頸椎牽引架的研制[J];醫(yī)療衛(wèi)生裝備;2001年02期

2 ;電動(dòng)頸椎牽引架[J];醫(yī)療器械;1984年03期

3 王云征;;攜帶式自控頸椎牽引器[J];醫(yī)療器械;1986年05期

4 連平;孫榮華;王家宏;;小型頸椎牽引架[J];中國醫(yī)療器械雜志;1989年01期

5 吳慕容;;單片機(jī)頸椎牽引機(jī)的設(shè)計(jì)與研制[J];醫(yī)療裝備;1993年01期

6 吳慕容;;單片機(jī)控制的頸椎牽引機(jī)的研制[J];中國醫(yī)療器械雜志;1993年02期

7 郝剛;介紹一種簡易頸椎牽引架[J];牡丹江醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào);1997年03期

8 任郁苗;;基于數(shù)字信號(hào)處理器的頸椎牽引控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];醫(yī)療衛(wèi)生裝備;2009年03期

9 張靖慧;黃曉琳;黃劍;霍衛(wèi)光;;多功能頸椎康復(fù)治療儀的研制及初步臨床應(yīng)用[J];中國康復(fù);2012年05期

10 劉竹南;ZQ-4型數(shù)控頸椎牽引機(jī)傳感器故障檢修2例[J];第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào);1998年S1期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 石國生;顧志華;;頸椎牽引三要素[A];跨世紀(jì)骨傷杰出人才科技成果薈萃[C];2004年

2 王似軍;周東輝;;折疊式彈力頸椎牽引器治療頸椎綜合征研究[A];第四屆全國推拿學(xué)術(shù)交流論文匯編[C];1995年

3 潘之清;王傳堂;姜瑛;戚翠嬡;劉本波;鄒曉光;;頸椎牽引中死亡報(bào)告分析[A];中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)第七次全國頸椎病學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編[C];2002年

4 茆軍兵;賈曉紅;王人成;;基于有限元模型的頸椎生物力學(xué)研究進(jìn)展[A];第七屆全國康復(fù)醫(yī)學(xué)工程與康復(fù)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2010年

5 張永飛;;頸椎氣囊牽引并康復(fù)訓(xùn)練治療神經(jīng)根型頸椎病[A];中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)第八次全國頸椎病學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

6 余建平;;頸椎牽引配合電針治療頸椎骨質(zhì)增生——附320例療效對比觀察[A];中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)第四屆會(huì)員代表大會(huì)暨第三屆中國康復(fù)醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)大會(huì)論文匯編[C];2001年

7 李偉民;;牽引對頸椎椎間隙影響的初步實(shí)驗(yàn)研究[A];中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)第七次全國頸椎病學(xué)術(shù)會(huì)議論文匯編[C];2002年

8 梅杰民;;頸椎牽引、手法為主治療神經(jīng)根型頸椎病[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)疼痛學(xué)分會(huì)第六屆年會(huì)論文摘要[C];2005年

9 王長青;王學(xué)榮;;千醫(yī)Ⅰ型間歇式頸椎牽引機(jī)整體設(shè)計(jì)(摘要)[A];中華醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)工程學(xué)分會(huì)第七次學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

10 裴培生;;頸椎牽引和綜合治療頸椎病120例療效觀察[A];中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)第八次全國頸椎病學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 安徽濉溪 丁璐;職場白領(lǐng)怎樣保護(hù)頸椎[N];上海中醫(yī)藥報(bào);2013年

2 李尤佳;電視好看，，莫忘頸椎保健[N];中國中醫(yī)藥報(bào);2004年

3 杭州市蕭山吳林山中醫(yī)針灸推拿診所 吳林山;頸椎動(dòng)態(tài)牽引[N];中國醫(yī)藥報(bào);2006年

4 李尤佳;電視好看莫忘頸椎保健[N];健康報(bào);2004年

5 倪文;家中頸椎牽引注意事項(xiàng)[N];廣東科技報(bào);2000年

6 北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科主任 劉忠軍;頸椎牽引在頸椎病治療中的作用[N];光明日報(bào);2010年

7 ;頭暈指麻 要防頸椎病[N];大眾衛(wèi)生報(bào);2001年

8 王力;頸椎牽引康復(fù)治療器[N];農(nóng)村醫(yī)藥報(bào)（漢）;2008年

9 金宏柱 何崇編;老年人常見疾病運(yùn)動(dòng)處方（一）[N];家庭醫(yī)生報(bào);2003年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馮一桐;頸椎支撐氣缸氣動(dòng)系統(tǒng)的控制策略研究[D];吉林大學(xué);2016年

2 梁英;應(yīng)用生物力學(xué)方法探討頸椎弓弦距與頸椎病轉(zhuǎn)歸相關(guān)因素的研究[D];山西醫(yī)科大學(xué);2003年

3 唐漢武;大學(xué)生頸椎亞健康患病現(xiàn)狀及其相關(guān)因素的分析[D];廣州中醫(yī)藥大學(xué);2008年

4 李頡;應(yīng)用三維有限元模型研究下頸椎在前屈后伸情況下的應(yīng)力變化[D];河北醫(yī)科大學(xué);2007年

5 畢方杉;旋提手法治療神經(jīng)根型頸椎病過程中頸椎位移的實(shí)驗(yàn)研究[D];中國中醫(yī)科學(xué)院;2007年

6 吳琪;應(yīng)用生物力學(xué)探討頸椎弓弦距與椎動(dòng)脈型頸椎病轉(zhuǎn)歸相關(guān)因素的研究[D];湖北中醫(yī)學(xué)院;2008年

7 王田田;多功能智能頸椎康復(fù)治療儀的研究[D];華中科技大學(xué);2013年

8 閻路達(dá);針灸調(diào)治中青年瘀血質(zhì)頸椎亞健康的臨床研究[D];廣州中醫(yī)藥大學(xué);2015年

9 林俊;上頸椎空間位置異常在頸椎退行性疾病中的相關(guān)研究[D];北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院;2011年

10 王蕾;超聲波頸椎治療儀[D];電子科技大學(xué);2009年

本文編號(hào)：635792