适用于健身器的自发电及电磁阻尼控制系统的设计
发布时间：2021-07-24 15:27
力量素质可以体现身体素质的高低,力量锻练对维持强壮的身体和充沛的精力起到积极作用。传统健身器材的传动系统,如电动跑步机和自行车健身器,很难做到阻力按照预先编程设定的曲线随时间或者速度实时变化,因而无法自动的实现模拟阵风强弱变化、斜坡高低变化等阻力快速变化的力量训练效果。本文结合国内外健身器材的发展现状和存在的问题研制出了一款不需要外部供电,具有智能充放电功能,而且可以实时调节阻力输出的自发电及电磁阻尼控制系统。该系统以永磁同步发电机作为阻力源,能够替代复杂的机械阻力结构和某些电动阻力结构,广泛应用在跑步机和自行车训练器等健身器中。本文研究工作如下:（1）根据使用场景,发电机需符合体积小且能量密度大的特点,利用ANSYS有限元软件对永磁同步发电机进行了建模设计,并进行了二维静态磁场和瞬态磁场的仿真分析,完成永磁同步发电机的原理模型,然后结合输出阻力需要很强跟随性的特点,对几种典型的PID算法进行仿真对比,为该系统选择了合适的阻力调节算法。（2）对系统的硬件电路原理进行了详细的研究和分析,并在电路上采用模块化设计,提高了安全性。具体有:控制器上设计的液晶显示、智能充放电、按键扫描和数据采集...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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适用于健身器的自发电及电磁阻尼控制系统的设计12发电机定子中，根据关系设置了定子的外径、内径和线圈长度等内容，并选择了定子槽的类型，定子具体参数设置如表2-2所示。表2-2定子参数设置Table.2-2Statorparametersetting名称数值单位评估值描述外径110mm110mm定子线圈外径内径50mm50mm定子线圈内径长度65mm65mm定子线圈长度槽数24定子线圈槽数槽类型2定子槽类型叠压系数0.95定子线圈叠压系数定子槽类型选择2号形，形状展示如图2-6所示。图2-6发电机槽形Fig.2-6Slottypeofgenerator发电机转子中，设置了内外径数值和线圈长度，设置参数如表格2-3所示，极类型选择1，如图2-4A所示。表2-3转子参数设置Table.2-3Rotatorparametersetting名称数值单位评估值描述外径140mm140mm转子线圈外径内径111mm111mm转子线圈内径长度65mm65mm转子线圈长度极类型1转子极类型叠压系数0.95转子线圈叠压系数（2）2D模型电磁仿真当所有参数设置完成，经过验证和分析无误后，可以通过选项生成2D模型，
适用于健身器的自发电及电磁阻尼控制系统的设计14定子线圈连接方式有很多种，本次设计连接方式如图2-9所示。图2-9定子绕组连接图Fig.2-9StatorwindingconnectiondiagramANSYS软件仿真可以一键生成有限元分析模型，往往会出现只有2D或者3D模型的一部分，那叫做周期模型，利用周期模型进行仿真，可以大大节省运算资源，得到预期的效果，除周期模型外也可生成全模型，利用全模型进行仿真，可以直观查看所有部分仿真情况。本次仿真我们使用全模型进行仿真，仿真时间跨度设置越小，得出的运算数据越准确，但是耗费的运算资源和运算时间会成倍增加，此次设置时间步长为0.3ms，仿真图如图2-10所示。XYT=1.8ms图2-102D动态磁场仿真Fig.2-102Ddynamicsimulationofmagneticfield图2-10是在1.8ms时刻永磁同步发电机静态磁场分布，本次仿真可以得到0-3s内发电机动态的磁场变化，通过模拟磁场线可以看出磁场线均匀分布，符合设计的目标要求。（3）输出参数分析三相磁链波形输出如图2-11所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]特斯拉纯电动汽车技术分析[J]. 郭晓际. 科技导报. 2016(06)
[2]搏击项群训练遥测监控系统的研制[J]. 胡璞,李玉刚,吴贵彬. 武汉体育学院学报. 2014(02)
[3]瑞士球核心力量训练对有氧和无氧运动能力影响的实验研究[J]. 赵敬国,赵龙. 生物医学工程研究. 2012(03)
[4]数字化短道速滑弯道专项力量训练器的研制[J]. 蒙猛,杨春怀. 冰雪运动. 2011(05)
[5]试析Android操作系统的发展战略[J]. 刘贺. 电脑编程技巧与维护. 2011(16)
[6]基于改进型BP神经网络的无刷直流电机调速系统的应用研究[J]. 付丽辉. 大庆师范学院学报. 2010(06)
[7]基于单神经元模糊自适应PID控制的加热炉温度控制器设计[J]. 吕楠楠,曾荣周,肖珊. 现代电子技术. 2009(23)
[8]无刷直流电动机的神经网络PID控制器研究[J]. 张钰玲. 制造业自动化. 2009(04)
[9]一种运动员腿部专项力量训练器的开发[J]. 高伟,王子羲,季林红. 机械设计与制造. 2008(03)
[10]我国运动训练学理论研究新探索[J]. 田麦久,刘大庆. 山东体育科技. 2007(04)
博士论文
[1]高功率锂离子电池电化学性能和安全性能的研究[D]. 贺艳兵.天津大学 2010
[2]Mamdani模糊控制系统的结构分析理论研究及其在暖通空调中的应用[D]. 吕红丽.山东大学 2007
硕士论文
[1]力量型健身器材数据采集与监管系统的研究[D]. 王艳艳.山东建筑大学 2018
[2]基于三电平拓扑的永磁同步电机牵引系统SVPWM与SHEPWM混合调制策略研究[D]. 陈元熹.华侨大学 2018
[3]基于μC/OS-Ⅱ的电动跑步机控制系统的研究与设计[D]. 宋文龙.太原理工大学 2016
[4]一种新型数字力量健身器的研制[D]. 陈松坤.武汉体育学院 2016
[5]SVPWM调制策略下永磁同步发电机的损耗分析[D]. 邹娟.湖南大学 2016
[6]基于交流伺服的健身器材负载控制系统研究[D]. 魏松.山东建筑大学 2015
[7]核心力量和健身路径锻炼改善男性老年人跌倒风险因素效果研究[D]. 陈东烨.天津体育学院 2014
[8]永磁同步发电机的设计与制造[D]. 王艳芳.西南交通大学 2012
[9]基于虚拟仪器的力量素质测试系统的研制与应用[D]. 张奕芸.武汉体育学院 2012
[10]澳瑞特健身器材品牌战略研究[D]. 张慧芳.山西大学 2010
本文编号：3300917
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
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适用于健身器的自发电及电磁阻尼控制系统的设计12发电机定子中，根据关系设置了定子的外径、内径和线圈长度等内容，并选择了定子槽的类型，定子具体参数设置如表2-2所示。表2-2定子参数设置Table.2-2Statorparametersetting名称数值单位评估值描述外径110mm110mm定子线圈外径内径50mm50mm定子线圈内径长度65mm65mm定子线圈长度槽数24定子线圈槽数槽类型2定子槽类型叠压系数0.95定子线圈叠压系数定子槽类型选择2号形，形状展示如图2-6所示。图2-6发电机槽形Fig.2-6Slottypeofgenerator发电机转子中，设置了内外径数值和线圈长度，设置参数如表格2-3所示，极类型选择1，如图2-4A所示。表2-3转子参数设置Table.2-3Rotatorparametersetting名称数值单位评估值描述外径140mm140mm转子线圈外径内径111mm111mm转子线圈内径长度65mm65mm转子线圈长度极类型1转子极类型叠压系数0.95转子线圈叠压系数（2）2D模型电磁仿真当所有参数设置完成，经过验证和分析无误后，可以通过选项生成2D模型，
适用于健身器的自发电及电磁阻尼控制系统的设计14定子线圈连接方式有很多种，本次设计连接方式如图2-9所示。图2-9定子绕组连接图Fig.2-9StatorwindingconnectiondiagramANSYS软件仿真可以一键生成有限元分析模型，往往会出现只有2D或者3D模型的一部分，那叫做周期模型，利用周期模型进行仿真，可以大大节省运算资源，得到预期的效果，除周期模型外也可生成全模型，利用全模型进行仿真，可以直观查看所有部分仿真情况。本次仿真我们使用全模型进行仿真，仿真时间跨度设置越小，得出的运算数据越准确，但是耗费的运算资源和运算时间会成倍增加，此次设置时间步长为0.3ms，仿真图如图2-10所示。XYT=1.8ms图2-102D动态磁场仿真Fig.2-102Ddynamicsimulationofmagneticfield图2-10是在1.8ms时刻永磁同步发电机静态磁场分布，本次仿真可以得到0-3s内发电机动态的磁场变化，通过模拟磁场线可以看出磁场线均匀分布，符合设计的目标要求。（3）输出参数分析三相磁链波形输出如图2-11所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]特斯拉纯电动汽车技术分析[J]. 郭晓际. 科技导报. 2016(06)
[2]搏击项群训练遥测监控系统的研制[J]. 胡璞,李玉刚,吴贵彬. 武汉体育学院学报. 2014(02)
[3]瑞士球核心力量训练对有氧和无氧运动能力影响的实验研究[J]. 赵敬国,赵龙. 生物医学工程研究. 2012(03)
[4]数字化短道速滑弯道专项力量训练器的研制[J]. 蒙猛,杨春怀. 冰雪运动. 2011(05)
[5]试析Android操作系统的发展战略[J]. 刘贺. 电脑编程技巧与维护. 2011(16)
[6]基于改进型BP神经网络的无刷直流电机调速系统的应用研究[J]. 付丽辉. 大庆师范学院学报. 2010(06)
[7]基于单神经元模糊自适应PID控制的加热炉温度控制器设计[J]. 吕楠楠,曾荣周,肖珊. 现代电子技术. 2009(23)
[8]无刷直流电动机的神经网络PID控制器研究[J]. 张钰玲. 制造业自动化. 2009(04)
[9]一种运动员腿部专项力量训练器的开发[J]. 高伟,王子羲,季林红. 机械设计与制造. 2008(03)
[10]我国运动训练学理论研究新探索[J]. 田麦久,刘大庆. 山东体育科技. 2007(04)
博士论文
[1]高功率锂离子电池电化学性能和安全性能的研究[D]. 贺艳兵.天津大学 2010
[2]Mamdani模糊控制系统的结构分析理论研究及其在暖通空调中的应用[D]. 吕红丽.山东大学 2007
硕士论文
[1]力量型健身器材数据采集与监管系统的研究[D]. 王艳艳.山东建筑大学 2018
[2]基于三电平拓扑的永磁同步电机牵引系统SVPWM与SHEPWM混合调制策略研究[D]. 陈元熹.华侨大学 2018
[3]基于μC/OS-Ⅱ的电动跑步机控制系统的研究与设计[D]. 宋文龙.太原理工大学 2016
[4]一种新型数字力量健身器的研制[D]. 陈松坤.武汉体育学院 2016
[5]SVPWM调制策略下永磁同步发电机的损耗分析[D]. 邹娟.湖南大学 2016
[6]基于交流伺服的健身器材负载控制系统研究[D]. 魏松.山东建筑大学 2015
[7]核心力量和健身路径锻炼改善男性老年人跌倒风险因素效果研究[D]. 陈东烨.天津体育学院 2014
[8]永磁同步发电机的设计与制造[D]. 王艳芳.西南交通大学 2012
[9]基于虚拟仪器的力量素质测试系统的研制与应用[D]. 张奕芸.武汉体育学院 2012
[10]澳瑞特健身器材品牌战略研究[D]. 张慧芳.山西大学 2010
本文编号：3300917
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