【正文】 BLDCM)為平地樓梯兩用輪椅爬樓梯機構的驅動電機。爬樓梯機構中減速器減速比i為:100:1。平地樓梯兩用輪椅爬樓梯行駛時，爬樓梯機構驅動電機側的轉動慣量包括電機自身轉動慣量、小輪及其連桿的轉動慣量、輪椅和乘坐者組成的整體的轉動慣量三部分。為便于進行前后兩組爬樓梯機構驅動電機側轉動慣量的分析，認為前29為滿足平地樓梯兩用輪椅外界環(huán)境感知系統(tǒng)近距離快速精確測量的要求，綜合考，最終選定信息處理簡單、運算量小，價格低廉，體積小、重量輕，硬件實現(xiàn)容易的HCSR04型超聲波傳感器和日本夏普公司生產(chǎn)的GP2Y0A21YK型紅外測距傳感器。GP2Y0A21YK型紅外測距傳感器主要技術參數(shù)如下：①測量射程范圍：10?80cm。，圖中兩個傳感器位于同一水平線上，其中左側的為超聲波傳感器，右側的為紅外測距傳感器，距兩傳感器不遠處放一擋板。當僅一種傳感器單獨作用時，另一種傳感器264驅動控制系統(tǒng)模型建立 碩士論文:1，則對應的前后兩組爬樓梯機構著地滾輪承重分別為40%和60%。 =4Mgm39。 = 60% X (40 + 8) x 39。相對于后爬樓梯機構驅動電，^。分析平地樓梯兩用輪椅的機械結構，認b，樓梯臺階高為H、寬為W。則前后兩個平地滾輪的承重比為3:,即4個小輪同時著地承重時，前后兩組爬樓梯機構的承重比為3:。(2)前爬樓梯機構單獨工作，隨著前平地滾輪逐漸爬上樓梯臺階，前爬樓梯機構距輪椅重心點b的距離越來越近，此時前爬樓梯機構著地小輪承受的重量越來越多，后平地滾輪承受的314驅動控制系統(tǒng)模型建立 碩士論文重量越來越少。:3。外環(huán)（速度環(huán)）采用PI控制，可實現(xiàn)無靜差調速，同時對負載變化起到一定的抗擾動324驅動控制系統(tǒng)模型建立 碩士論文段，每個階段都可以用一條直線表示，根據(jù)某一時刻的轉速和轉子位置信號可以確定當前時刻電動機的運行狀態(tài)。根據(jù)無刷直流電動機電磁轉矩表達式。EC “ h.Frctibal [ ?^
CD5 BEw P^ ^ ^ )1?9 ^1_J l.39。參考電流與檢測到的電動機相電流進行比較，其差值作為電流調節(jié)器的輸入，通過電流滯環(huán)控制得到電壓逆變器的開關信號，電壓逆變器最終輸出無刷直流電動機三相繞組的端電壓。Cl^E? —~— Tl_ =: ? ?如 =： p, [ID！ 1 6:I~I tissm 3^ h 士Ad32 EZh
F 2 BLDCM 模塊BLDCM模塊是整個無刷直流電動機控制系統(tǒng)中最重要的一個功能模塊，其設計重點為求取精確、理想的三相繞組反電動勢。無商直琉電動機輸出拷速曲線35001 1 1 1 1 i 1 1 1 1 仙] ‘ I 1 ‘ 1 ‘‘‘ ‘ 3000 ? . 3000 ? ?/ V39。電動機轉速出現(xiàn)一定程度的下降，但系統(tǒng)能較快的恢復到穩(wěn)定狀態(tài)。利用文獻[30]中提及的Landau離散時間遞推參數(shù)辨識算法對轉動慣量進行辨識，參考文獻[31]所述的調節(jié)器參數(shù)自整定步驟，首先將轉動慣量辨識值■賦值給轉動慣量期望值J。為測試轉動慣量辨識與控制的效果，在暫不考慮負載轉矩變化、前后兩組爬樓梯機構同時工作的條件下，分別對平地樓梯兩用輪椅空載、載重40kg、載重80kg且轉動慣量波動177。電流滯環(huán)控制是一種基于電流瞬時值的比較控制[29]。GD ?? KjDIs J ^ 1 DutiQ3 J{s
CZ3——?) ——KD\t39。^Nms/rad ,電動機極對數(shù)P = 2。wM 1500 ? ? H 1500 ? i fW 1000 . . 念 10QO 供 fflS 5。S t/s(bl)載重40kg時輸出轉速曲線 （b2)載重40kg+20%時輸出轉速曲線無閣直；寵電動機瑜出轉速曲線 ?. $職滴電動機輸出??速曲線35001 , , , , , , , , , 1 3?001 1 1 1 1 1 1 ‘ ‘ ‘ 3000 ? ? 3000 . / 、丨 /^ 2500 . I ?八 2oOO ? / I I /^ 2000 ■ I ^ 2000 . / S I ^
。s t/s(al) Is內輸出轉速曲線 （32) Is內輸出轉速差曲線 Is內無刷直流電動機調速系統(tǒng)仿真結果354驅動控制系統(tǒng)模型建立 碩士論文無商直讀電動機輸出玲速曲線 無踴里該電動機輸出速曲線3500 I 1 1 1 r 1 1 1 1 1 1 3500 1 I I I I I 1 1 1 1 3000 ? ? 3000 ? ?/ ”八 2500 ^ 2500 / I / 1 I^ 2_ ? / ^ 2000 . / k g /罵 1500 ■ I OS 150。無刷直流電動機的輸出轉速曲線、?；眑b
(X) ?CDIC i I 1 Out3 T R￡lav2GD 1ic，設置相關參數(shù)如下：定子相繞組電阻i? = ,定子相繞組自感Z = 、互感M = ，轉動慣量J = 39。合適的滯環(huán)調節(jié)器環(huán)寬，能夠較好的實現(xiàn)實際電流對參考電流的跟蹤，減小無刷直流電動機電磁轉矩的波動。節(jié)的分析，當前后兩組爬樓梯機構同時工作時，僅針對前爬樓梯機構驅動電機控制系統(tǒng)。由于乘坐者在輪椅上的任何細微晃動都會造成折算到電機側的轉動慣量和負載轉矩發(fā)生變化，綜合考慮乘坐者的晃動及不同乘坐者重心位置的不同，取轉動慣量的波動變化范圍為177。根據(jù)電動機轉矩平衡方程式可知，轉動慣量對電動機控制系統(tǒng)的啟制動性能和加減速性能有著至關重要的影響。1I .S / ? \S 500 ■ I g JO0 \ ? / “ V r.
0 ? 0 ? ?500 I 1 1 1 ‘ 1 1 1 1 1 1 500 I 1 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 02 0 04 0 06 0 08 0 1 0 12 0 16 0 18 0 0 1 0 12 0 14 0 16 t/S t.39。理想情況下，以每60176。采用模塊化的思想，根據(jù)不同的功能將系統(tǒng)劃分為BLDCM模塊、電壓逆變模塊、電流滯環(huán)控制模塊、參考電流模塊、轉速控制模塊5大功能模塊，重點介紹BLDCM模塊和電流滯環(huán)控制模塊。 □!^Stcaja sr.^ F^— 421??——J] CZHfl ——￠3 ￠11“??—~?iiZ] 年“fSH—ri nil 叫，I_I ?■■.： l，:*s …=,: ^‘——^‘ __…I 11 ^ Kp^r~~1~—…I—.——I 1
“^ S=i^ai=
BLDCM模塊34論文 一種可獨立操縱的平地樓梯兩用輪椅控制系統(tǒng)設計作用[2《25]。GD——? 門 jf “ *
Is X I I ^ ^(■ ^ _ I Saturstirn FenEs 1 I I(3^_?CD““I I 丁 L . K 口I X ?+ ^ X ~] ?+ T f —^^~CIDC3) ^ rcsuci? 1 J Intsqrstcr 39。_； ?t； ] KZ)一 I intfigralo*4=—3^—QD ?+ 卜、只 I—II ? 十〉 f ] kZD?一■HLM 廣 Integra^ CD ** r\ m ._,uc I—— 一 j 1 ?COI 1 I；I I 1 lrn?339。、電流雙閉環(huán)調速方式。r 1 I [ti(3)后爬樓梯機構單獨工作，后爬樓梯機構單獨工作時，前平地滾輪已經(jīng)重新在地面上滾動，前平地滾輪與輪椅重心點b的距離不斷拉長，使得后爬樓梯機構承受的重量不斷增大。.?，折算到電機側的負載轉矩為 。30論文 一種可獨立操縱的平地樓梯兩用輪椅控制系統(tǒng)設計(// 39。平地樓梯兩用輪椅爬樓梯行駛時，兩組爬樓梯機構的工作狀態(tài)主要分為以下三種情況：僅前爬樓梯機構工作、前后兩組爬樓梯機構同時工作、僅后爬樓梯機構工作。kgm^ ()2 2 10()2 S?輪椅載重40kg時，同理可得相對于前爬樓梯機構驅動電機輸出軸的轉動慣量為\: ；相對于后爬樓梯機構驅動電機 ? m， X〗(T3松? W2。 ()折算到電機側的轉動慣量為：折=長…=j^ = ()相對于后爬樓梯機構驅動電機輸出軸的轉動慣量為：J, = 60%Mr39。(D輪椅空載時相對于前爬樓梯機構驅動電機輸出軸的轉動慣量為：J, = 40%Mr39。圖(al)為擋板距離傳感器5cm處示意圖，(a2)為擋板距離傳感器10cm處示意圖。③更新頻率/周期：25Hz/40ms。③探測距離：2cm?450cm。)teOT39。選用的無刷直流電動機額定轉速為3000rpm，經(jīng)減速器減速輸出后為30rpm,滿足平地樓梯兩用輪椅爬樓時速度要求。針對平地樓梯兩用輪椅爬樓梯機構驅動電機而言，輪椅上不同重量、不同高度的乘坐者，其折算到電機側的轉動慣量和負載轉矩均不同。最后根據(jù)平地樓梯兩用輪椅的特殊要求，選用超聲波傳感器和紅外測距傳感器組成的傳感器對進行距離測量，以DSP芯片TMS320F28335為處理器，完成多傳感器數(shù)據(jù)在線自適應加權融合算法的軟件編寫，及外界環(huán)境感知系統(tǒng)的軟件設計與調試。根據(jù)北京市技術監(jiān)督局頒布的JJF 10271991測量誤差及數(shù)據(jù)處理技術規(guī)范中的規(guī)定:合成不確定度W與W,或最終測量結果所給出的有效位數(shù)的修約間隔與總不確定度修約間隔相同[22]。2(k) (k) w.(k) x(k) k 13 14 15 16 17 18標準值 65 70 75 80 85 90x,(k) 64 69 74 80 1 1x^(k) a\{k) a^2{k) w,(k) 0 0w.(k) 1 1x(k) 其中：? A為采樣次數(shù)；x,(yt)、分別為紅外測距傳感器測量數(shù)據(jù)和超聲波傳感器測量數(shù)據(jù)，單位為cm。平地樓梯兩用輪椅外界環(huán)境感知系統(tǒng)以DSP芯片TMS320F28335為處理器，系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)樓梯臺階高度尺寸的精確測量，為實現(xiàn)系統(tǒng)功能軟件設計主要包括超聲波傳感器模塊、紅外測距傳感器模塊和多傳感器信息融合模塊，其中設計的重點為多傳感器信息融合模塊。 ik) k k A： = 1,2, ()￠7,2(0) = 0根據(jù)附加條件下多元函數(shù)的求值理論有：f \W, =1/ C7,2。 =E[v39。綜合考慮選用可實時進信息融合的多傳感器數(shù)據(jù)在線自適應加權融合算法。但是實際工程應用中，紅外測距傳感器的測量精度無法達到輪椅外界環(huán)境感知系統(tǒng)要求的測量精度1mm。相比于最基本的算術平均值，基于模糊推理原理的多傳感器信息融合方法處理得到的結果更加精準。 6組測量數(shù)據(jù)與方差
序號 1 2 3 4 5 6測量值 ^^ 方差 ^^^^^ ?？紤]到傳感器測量數(shù)據(jù)的隨機性和工程實現(xiàn)的簡易性，選用三角形隸屬度函數(shù)為輸入變量的隸屬度函數(shù)。傳感器選型時，要求選用的傳感器測量精度至少為1mm,為了確保樓梯臺階測量值的準確度，規(guī)定多傳感器測量數(shù)據(jù)信息融合結果的精度至少為1mm。常用的測距傳感器有激光測距傳感器、紅外測距傳感器和超聲波.測距傳感器三種。此外，平地樓梯兩用輪椅的腳踏板最多高出樓梯臺階面5crn，留取適當余量要求傳感器的測量量程至少應為3cm~20cm。丨 190mm Ir ，,腳踏板底面I ^39。因此為確保外界環(huán)境感知系統(tǒng)能夠時刻正常工作，應使用多個傳感器對同一距離進行測量。若/1/2，則表明輪椅即