老年人下肢伸屈训练装置的设计和抗阻训练控制

发布时间：2020-06-30 16:35

【摘要】：本文设计开发了一台老年人下肢伸屈训练装置,包括其机械结构和电气系统;求解了抗阻训练人机动力学模型;设计了基于模糊滑模算法的抗阻训练控制器策略并仿真;利用BP神经PID算法控制离合器电流跟踪并实验。首先,完成了老年人下肢伸屈训练装置设计。选择了效果最优的等速抗阻训练方案;从座椅端开始依次进行机构尺寸确定、传动系统设计、传感系统设计,最后是机构整体设计;搭建了电气系统控制平台,其包括遥控端、主控端和传感端,并完成了电气元件布置;给出了等速抗阻训练控制系统框图,并指出控制要求。其次,分析了抗阻训练人机模型。求解了离合器接合和滑磨状态下机械系统的动力学方程;建立了以集总形式表示的神经肌肉的简化模型和膝关节处股四头肌牵拉小腿骨的几何模型,进一步求解了股四头肌驱动膝关节的驱动力方程;分析了人腿连杆的动力学模型;联立得到抗阻训练人机系统动力学模型。再者,设计了基于模糊滑模算法的抗阻训练控制器策略。分析了单次抗阻训练过程并制定了目标函数切换规则;完成了基于等效控制的滑模控制策略并给出控制律;利用滑模域PD控制对已设计的滑模鲁棒控制改进;设计了模糊干扰观测器对系统非线性项控制;进行了MATLAB/ADAMS联合仿真验证。最后,设计了基于BP神经PID算法的离合器电流跟踪控制策略。分析了离合器功率驱动电路模型;完成了BP神经PID算法设计;完成了对驱动电路模型的仿真实验;搭建实验平台,完成了电流跟踪控制实验。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH789;TP273
【图文】：

人体尺寸,成年人,最小高度,最大高度

图 2-5 成年人人体尺寸的比例关系调至最小高度(即 e 100mm)时，2 2 2115020.113 1500 100 330cos 560.109 1500 2 2 2119020.113 1900 100 330cos 430.109 1900 调至最大高度(即 e 140mm)时，2 2 2115020.113 1500 140 330cos 590.109 1500 2 2 2119020.113 1900 140 330cos 420.109 1900 供的最小训练角度因人的身高不同有差异，但都在 40°~60°之轨长度应满足：2 2 2max max max min min S 0.112 H 0.109 H cos e S 560mm

样板,算法模式

图 5-11 离合器驱动器样板图 5-12 磁粉离合器实物图图 5-13 所示搭接实验平台。控制器电压 24V，变压器供电。通过 USB 块实现驱动板和电脑之间的通信。采用控制器配套的上位机调试软件试(如图 5-14 所示)，其界面和通信程序采用 Labview 软件制作。控制，进行实验一：给定目标电流为 600mA，分别在两种算法模式下调试好的控制效果后采集跟踪电流数据。之后进行实验二：在电流稳定在下，给外加持续电流干扰(0-300mA)，分别在两种算法模式下调试，并数据。

【参考文献】