振动治疗仪模糊PID控制系统研究

发布时间：2020-09-29 10:13

　　振动治疗是一种常见的辅助治疗手段,包括振动排痰以及振动肌肉刺激等。按振动类型区分,可分为径向振动治疗和轴向振动治疗。径向振动穿透力较小,但作用面积较大,多用于浅层组织。轴向振动作用面积较小,但穿透力较大,多用于深层组织。振动治疗类医疗器械一般由振动机械结构和控制系统两部分组成。振动机械结构将其他形式的运动转换为特定类型的振动,而控制系统完成对振动机械结构的控制。本文设计了双路振动治疗仪的控制系统,其中一路做径向振动,另一路做轴向振动。控制系统硬件主要由三个部分组成,包括人机交互模块、调速控制模块以及辅助模块。人机交互模块分为界面交互模块和声音提示模块,调速控制模块包括电流监测模块、速度监测模块、电机驱动模块,辅助模块包括安全保护模块以及参数存储模块。控制系统软件设计采用了嵌入式实时操作系统μC/OS-II,将软件功能划分为多个系统任务,并通过操作系统完成任务间的交互。在调速控制任务中,采用了双闭环的控制方式,并在速度环中采用了模糊PID算法,提高了速度控制的动态响应。本文对系统需求进行分析,设计了系统总体方案,并根据方案完成系统软硬件的设计。经过系统调试验证,本系统具有人机交互友好,振动控制精确度高、稳定性好的优点,满足系统功能需求。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH77
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 振动治疗原理及作用
    1.2 振动治疗器械研究现状
    1.3 研究内容与方法
2 系统方案设计
    2.1 功能需求分析
    2.2 方案设计
        2.2.1 总体方案设计
        2.2.2 硬件方案设计
        2.2.3 软件方案设计
3 硬件电路设计
    3.1 系统硬件总体设计
    3.2 电机桥式驱动设计
        3.2.1 电机驱动原理
        3.2.2 SPWM电机驱动方式
        3.2.3 桥式逆变器电路设计
    3.3 位置传感器电路设计
    3.4 电流监测电路设计
    3.5 驱动IC电路设计
    3.6 触摸屏驱动电路
    3.7 声音提示电路
    3.8 安全保护电路
    3.9 核心处理器电路
        3.9.1 核心处理器选型
        3.9.2 单片机最小系统
    3.10 调试接口设计
    3.11 系统电源设计
        3.11.1 24V电路设计
        3.11.2 12V电路设计
        3.11.3 5V电路设计
4 控制系统软件实现
    4.1 控制系统实时操作系统
    4.2 控制系统任务
        4.2.1 电机转速监测任务
        4.2.2 电机电流监测任务
        4.2.3 电机双闭环控制
        4.2.4 触摸屏控制任务
        4.2.5 声音提示任务
        4.2.6 系统安全任务
        4.2.7 系统调试任务
        4.2.8 数据存取任务
        4.2.9 参数维护任务
    4.3 电机模糊PID控制
        4.3.1 传统PID算法
        4.3.2 模糊控制的结构
        4.3.3 模糊PID控制器设计
5 系统调试
    5.1 硬件调试
    5.2 软件调试
        5.2.1 触控屏软件调试
        5.2.2 参数读写调试
        5.2.3 电机控制开环调试
        5.2.4 模糊PID算法调试
    5.3 联合调试
结论
参考文献
附录A 电路图Part1
附录B 电路图Part2
附录C 电路板
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【参考文献】