机械外骨骼混合动力系统特性研究

发布时间：2017-06-03 15:13

  本文关键词：机械外骨骼混合动力系统特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于煤矿工作环境的恶劣条件,个体环境控制系统的核心难点是人体承重能力与环控系统重量之间的矛盾,而机械外骨骼是突破这一矛盾的有效途径。同时,机械外骨骼的研究难点又在于其动力系统的研究。目前国内外机械外骨骼的动力系统主要以蓄电池供电,但其移动范围和负重重量受到蓄电池的容量和效率的限制。因此,如何配备持久高效的动力系统是急需解决的问题。针对以上问题,本文提出采用混合动力系统实现能源的长期高效供给,满足机械外骨骼长距离、高负重、频繁启停运动的供能需求。首先,本文利用临床医学步态分析数据(CGA)进行人体步态分析,计算出机械外骨骼运动时踝关节、膝关节和髋关节能量需求,以及整体运动能量需求,为混合动力系统的建立提供动力性指标。然后,通过动力系统方案对比,确定了机械外骨骼混合动力系统采用并联式布置,并且进行了耦合部件混合动力变送器的设计,同时对系统中所需设备进行参数匹配设计,从而建立起机械外骨骼混合动力系统试验台,并对其动力性能进行实验研究。接着,采用实验数据建模法,在Matlab/Simulink环境中建立机械外骨骼混合动力系统仿真模型,并分别对电动机、发动机、混合动力驱动三种工作模式进行仿真研究。最后将仿真结果与实验结果进行对比分析,修正仿真模型,验证仿真模型的正确性。最后,为了优化混合动力系统的设计,利用仿真实验和曲线拟合的优化方法,确定动力系统的核心参数,即电机功率与发动机功率的最佳混合度为1:3。同时制定混合动力系统采用电力辅助控制策略,确定了使发动机工作在最优经济区域的开关信号为电机电流值21A。通过本文的研究,最终建立起一套体积小、重量轻、效率高、清洁环保的混合动力系统,能够满足机械外骨骼在井下应用的各种工况能量需求。
【关键词】：机械外骨骼 混合动力 设计 仿真 特性研究
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD774
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 变量注释表16-18
• 1 绪论18-25
• 1.1 课题研究背景和意义18-20
• 1.2 机械外骨骼动力系统国内外发展情况20-22
• 1.3 本文主要研究内容和方法22-25
• 2 人体步态分析及动态能量分析25-33
• 2.1 临床医学步态分析25-27
• 2.2 各关节运动所需能量分析27-32
• 2.3 总功率需求计算32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 机械外骨骼混合动力系统设计33-47
• 3.1 机械外骨骼混合动力系统的提出33-35
• 3.2 混合动力变速器设计35-38
• 3.3 混合动力系统参数匹配设计38-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 实验研究47-53
• 4.1 混合动力系统试验台搭建47-50
• 4.2 实验过程50
• 4.3 试验结果及分析50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 基于Matlab/Simulink的机械外骨骼混合动力系统仿真实验研究53-67
• 5.1 Matlab/ Simulink/ Simscape简介53-54
• 5.2 动力系统主要部件仿真模型的建立54-60
• 5.3 混合动力系统仿真实验研究60-63
• 5.4 动力性仿真试验结果分析63-64
• 5.5 仿真试验结果与试验结果对比分析64-65
• 5.6 本章小结65-67
• 6 机械外骨骼混合动力系统的优化67-73
• 6.1 混合度的提出67-68
• 6.2 混合动力驱动负载模型的建立68-69
• 6.3 混合度优化求解69-71
• 6.4 混合动力系统控制优化求解71-72
• 6.5 本章小结72-73
• 7 结论与展望73-75
• 7.1 主要结论73
• 7.2 研究展望73-75
• 参考文献75-79
• 附录79-80
• 作者简历80-82
• 学位论文数据集82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 康少华;朱诗顺;王稳华;侍才洪;;混合动力系统发电机组励磁调节器的设计与仿真试验[J];中国工程机械学报;2007年01期

2 陈梦东,李伟,王田苗,田增民;立体定向脑外科机器人系统中的定位和空间映射变换[J];中国生物医学工程学报;2001年05期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 唐静;混合动力起重机节能系统关键技术研究[D];武汉理工大学;2013年

  本文关键词：机械外骨骼混合动力系统特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：418492