發(fā)布時(shí)間：2017-04-15 10:06

  本文關(guān)鍵詞：無(wú)力傳感器智能助力輪系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：據(jù)第六次全國(guó)人口普查數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)肢體殘疾人士與老齡人口(超過(guò)60歲)占全國(guó)人口總數(shù)比例高達(dá)16.12%。這些人群面臨著出行或者行動(dòng)不便的困境,由此帶來(lái)了一系列的社會(huì)問(wèn)題。在此背景下,智能輪椅發(fā)展迅速,為肢體殘疾與行動(dòng)不變的老人提供了諸多便利。然而它們價(jià)格高昂,核心控制器件需要進(jìn)口且控制系統(tǒng)安全性與可靠性低,難以得到普及。為了降低成本并保證控制系統(tǒng)可靠性,本文研發(fā)了一款應(yīng)用于手動(dòng)輪椅的助力設(shè)備——智能助力輪。在大量閱讀國(guó)內(nèi)外助力設(shè)備相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,本文提出了DSP控制芯片+直流無(wú)刷電機(jī)(BLDCM)的系統(tǒng)總體方案并設(shè)計(jì)了DSP外圍以及相關(guān)電路。首先,以應(yīng)用于手動(dòng)輪椅的智能助力輪為研究對(duì)象,建立并分析了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。由此,確定了所需電機(jī)的功率與扭矩并且搭建了相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。其次,本文采用模型辨識(shí)的方法,通過(guò)模型降階處理、采用低頻正弦掃頻的方法、并引入自適應(yīng)卡爾曼濾波辨識(shí)算法抑制量測(cè)噪聲對(duì)辨識(shí)結(jié)果的影響,從而精確地建立了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并檢驗(yàn)了辨識(shí)模型的控制性能。再次,控制系統(tǒng)采用了無(wú)力傳感器自適應(yīng)模型阻抗助力控制策略(簡(jiǎn)稱FSLAMIPAC)。本文使用經(jīng)典控制理論分析了FSLAMIPAC算法的助力性能與魯棒穩(wěn)定性,揭示了力觀測(cè)器的魯棒性限制因素并且提出一個(gè)解決低魯棒性的設(shè)計(jì)方法。借助MATLAB/simulink對(duì)控制架構(gòu)中的各個(gè)模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì),根據(jù)仿真結(jié)果選取了最佳控制參數(shù)。FSLAMIPAC算法沒(méi)有使用力傳感器僅使用編碼器估測(cè)外部施加力信息,大幅降低了控制成本。它通過(guò)對(duì)路面傾斜角度的監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)修正模型阻抗的大小,以達(dá)到自適應(yīng)助力輸出的效果。最后,使用Dspace實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,電機(jī)能夠按照助力要求完成輸出。
【關(guān)鍵詞】：智能助力輪 扭矩模式 系統(tǒng)辨識(shí) 力估測(cè) 無(wú)力傳感器
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212.9;TH789
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 研究背景以及研究意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外助力設(shè)備的研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 有力/力矩傳感器的方案11-14
• 1.2.2 無(wú)力/力矩傳感器方案14-15
• 1.3 智能助力設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)15-16
• 1.4 論文創(chuàng)新點(diǎn)16-17
• 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)17-28
• 2.1 智能助力輪的外形設(shè)計(jì)17-18
• 2.2 系統(tǒng)的整體架構(gòu)18-19
• 2.3 直流無(wú)刷電機(jī)19-20
• 2.4 驅(qū)動(dòng)器及接口電路設(shè)計(jì)20-23
• 2.5 主控芯片及外圍電路設(shè)計(jì)23-27
• 2.5.1 供電電路24
• 2.5.2 時(shí)鐘振蕩電路24-25
• 2.5.3 JTAG接口電路25
• 2.5.4 ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路25-26
• 2.5.5 DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換電路26
• 2.5.6 eQEP捕獲電路26-27
• 2.6 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路27
• 2.7 本章小結(jié)27-28
• 3 智能助力輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型28-43
• 3.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型28-30
• 3.1.1 普通輪椅的基本參數(shù)28
• 3.1.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型28-30
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方案的確定30-32
• 3.2.1 電機(jī)參數(shù)選擇30-31
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建31
• 3.2.3 無(wú)刷直流電機(jī)扭矩模式的調(diào)試31-32
• 3.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的理論推導(dǎo)32-35
• 3.3.1 無(wú)刷直流電機(jī)工作原理32-34
• 3.3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)理建模34-35
• 3.4 系統(tǒng)辨識(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型35-39
• 3.4.1 自適應(yīng)卡爾曼濾波算法36-38
• 3.4.2 DSP28335測(cè)速程序的編寫38-39
• 3.4.3 模型辨識(shí)39
• 3.5 辨識(shí)模型控制性能檢測(cè)39-42
• 3.5.1 實(shí)際電機(jī)PI控制的階躍響應(yīng)40
• 3.5.2 辨識(shí)模型PI控制40-41
• 3.5.3 電機(jī)與辨識(shí)模型同一PI控制的階躍響應(yīng)對(duì)比41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 4 控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)43-59
• 4.1 FSLAMIPAC系統(tǒng)架構(gòu)43-44
• 4.2 傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)44-45
• 4.3 經(jīng)典反饋控制解析45-47
• 4.4 擾動(dòng)觀測(cè)器與力觀測(cè)器的設(shè)計(jì)47-49
• 4.4.1 系統(tǒng)帶寬設(shè)計(jì)47
• 4.4.2 狀態(tài)觀測(cè)器的校驗(yàn)47-49
• 4.5 自適應(yīng)模型阻抗助力比的設(shè)計(jì)與魯棒性49-51
• 4.6 追蹤性能的反饋控制器的設(shè)計(jì)51-53
• 4.7 仿真實(shí)驗(yàn)53-58
• 4.7.1 系統(tǒng)帶寬設(shè)計(jì)的驗(yàn)證54
• 4.7.2 反饋控制器A的對(duì)比設(shè)計(jì)驗(yàn)證54-56
• 4.7.3 仿真實(shí)例56-58
• 4.8 本章小結(jié)58-59
• 5 基于Dspace實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的程序開發(fā)與調(diào)試59-69
• 5.1 Dspace的結(jié)構(gòu)體系59-61
• 5.1.1 Dspace軟件環(huán)境59-60
• 5.1.2 Dspace DS1103硬件控制板60-61
• 5.2 Dspace旋轉(zhuǎn)式增量編碼器參數(shù)調(diào)試61-65
• 5.3 Dspace平臺(tái)上控制系統(tǒng)的C代碼生成65-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 6 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 結(jié)論69
• 6.2 展望69-71
• 附錄71-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果79-80
• 致謝80-81

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 沈久珩;大力測(cè)量技術(shù)的新進(jìn)展——附著式超輕型大力傳感器[J];中國(guó)工程科學(xué);2001年10期

2 張小龍,張為公;輪力傳感器及其在汽車道路試驗(yàn)中的應(yīng)用[J];儀表技術(shù)與傳感器;2005年01期

3 王志剛,李振加,曲國(guó)軍;一種新型軌道二維力傳感器的研究[J];黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào);2005年02期

4 尹瑞多,王宣銀,程佳,李強(qiáng);廣義六維力傳感器的特點(diǎn)及研究和應(yīng)用狀況[J];液壓與氣動(dòng);2005年10期

5 劉建華;周思躍;;虛擬指尖力傳感器的建模與實(shí)現(xiàn)[J];機(jī)電工程;2007年05期

6 趙延治;趙鐵石;溫銳;王洪光;;基于結(jié)構(gòu)變形的大型并聯(lián)六維力傳感器精度研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2007年09期

7 謝殿煌;姚曉先;彭增輝;;一種評(píng)定力傳感器真實(shí)動(dòng)態(tài)特性的方法[J];現(xiàn)代制造工程;2009年02期

8 劉芳華;倪受東;張弛;;一種新型大剛度高靈敏度的并聯(lián)六維力傳感器設(shè)計(jì)研究[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2012年01期

9 趙延治;魯超;趙鐵石;;新型并聯(lián)過(guò)約束六維力傳感器的仿真計(jì)算[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與研究;2013年04期

10 李自武;沈運(yùn)杰;張磊;曹仕國(guó);;力傳感器檢定和使用中相關(guān)問(wèn)題探討[J];計(jì)測(cè)技術(shù);2013年S1期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 沈久珩;;大力測(cè)量技術(shù)的新進(jìn)展——附著式大力傳感器[A];面向21世紀(jì)的科技進(jìn)步與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（下冊(cè)）[C];1999年

2 高建樹;;機(jī)電誤差互補(bǔ)法在力傳感器中的應(yīng)用[A];2000全國(guó)力學(xué)量傳感器及測(cè)試、計(jì)量學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2000年

3 楊敏;申飛;;一種大量程六維力傳感器標(biāo)定方法[A];第22屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集第Ⅰ冊(cè)[C];2013年

4 閆榮格;楊慶新;樊長(zhǎng)在;陳海燕;劉福貴;;超磁致伸縮力傳感器的研究[A];2005年中國(guó)固體科學(xué)與新材料學(xué)術(shù)研討會(huì)專輯[C];2005年

5 陳樂(lè);宋愛(ài)國(guó);;三維力傳感器的設(shè)計(jì)[A];2008年江蘇省計(jì)量測(cè)試學(xué)術(shù)論文集[C];2008年

6 趙玉虎;林明;張鳴雷;蒲浩;吳文凱;;力傳感器在離心機(jī)平衡檢測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用[A];四川省電子學(xué)會(huì)傳感技術(shù)第九屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

7 葉璇;李喜德;;變剛度后屈曲式微力傳感器的數(shù)值模擬與設(shè)計(jì)[A];北京力學(xué)會(huì)第20屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2014年

8 劉意楊;王越超;于鵬;席寧;董再勵(lì);;亞μN(yùn)微力傳感器信號(hào)處理及標(biāo)定方法的研究[A];第六屆全國(guó)信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（1）[C];2008年

9 汪恩清;丁世敬;;YML型錨索力傳感器環(huán)境防護(hù)技術(shù)[A];1998電子產(chǎn)品防護(hù)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];1998年

10 崔巖;佟建華;董維杰;王立鼎;;基于硅基PZT微力傳感器標(biāo)定系統(tǒng)的初步研究[A];中國(guó)微米、納米技術(shù)第七屆學(xué)術(shù)會(huì)年會(huì)論文集（一）[C];2005年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 本報(bào)記者 曾永聯(lián)　本報(bào)通訊員 李莉麗 歐陽(yáng)鋼橋;科技產(chǎn)業(yè)的沃土 自主創(chuàng)新的搖籃[N];廣西日?qǐng)?bào);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 趙延治;大量程柔性鉸并聯(lián)六維力傳感器基礎(chǔ)理論與系統(tǒng)研制[D];燕山大學(xué);2009年

2 張景柱;特種六分力傳感器設(shè)計(jì)原理研究[D];南京理工大學(xué);2008年

3 姚建濤;大量程并聯(lián)式六維力傳感器基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];燕山大學(xué);2010年

4 王志軍;雙層預(yù)緊式六維力傳感器基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究[D];燕山大學(xué);2012年

5 李映君;新型軸用并聯(lián)壓電式六維大力傳感器的研究[D];大連理工大學(xué);2010年

6 趙現(xiàn)朝;Stewart結(jié)構(gòu)六維力傳感器設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用研究[D];燕山大學(xué);2003年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 楊真真;平面并聯(lián)柔鉸三維力傳感器研制[D];燕山大學(xué);2015年

2 崔朋肖;容錯(cuò)柔性并聯(lián)六維力傳感器性能分析及實(shí)驗(yàn)研究[D];燕山大學(xué);2015年

3 孫立廣;新型六維力傳感器標(biāo)定臺(tái)系統(tǒng)建模與誤差分析[D];大連交通大學(xué);2015年

4 李東;集成式壓電六維力傳感器測(cè)量原理與技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2015年

5 董躍龍;六維力傳感器動(dòng)態(tài)解耦方法的研究[D];安徽工程大學(xué);2015年

6 王耀弘;新型六維力傳感器的計(jì)量測(cè)試技術(shù)與量值溯源研究[D];重慶交通大學(xué);2015年

7 李玉欽;壓電式六維大力傳感器的并聯(lián)分載原理研究及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D];濟(jì)南大學(xué);2015年

8 姜山;汽車輪胎力傳感器結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法研究[D];安徽農(nóng)業(yè)大學(xué);2014年

9 陳丹鳳;面向空間作業(yè)的多維力傳感器設(shè)計(jì)及標(biāo)定研究[D];東南大學(xué);2015年

10 王佩;基于無(wú)線傳輸?shù)能囕喠鞲衅髑度胧讲杉到y(tǒng)設(shè)計(jì)[D];東南大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：無(wú)力傳感器智能助力輪系統(tǒng)設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：308161