面向手部震颤患者的进食器具控制系统设计
发布时间：2021-06-24 13:04
帕金森病和特发性震颤是十分常见的运动障碍疾病,它们的共同特点是患者手部会出现震颤症状,频率通常在3.5-7.5Hz之间。据统计,我国65岁以上的老人患帕金森病的概率是1.7%,目前我国已有人数超过300万的帕金森患者。手部震颤使患者无法完成进食等日常行为,加重了社会的人力和经济负担。因此,针对手部震颤患者研发的智能医疗辅助设备逐渐受到患者及其家庭的青睐。据此,本文以辅助患者进食的智能防抖勺为研究对象,深入分析了防抖勺的动力学模型,重点研究了齿隙非线性的补偿方法,以防抖控制为核心目的,开展了控制系统的设计工作。防抖勺为了实现低转速、高转矩输出,以微型直流有刷电机带齿轮箱作为执行机构。本文选择死区模型作为齿隙非线性模型,采用惯量法对防抖勺进行动力学建模并建立了状态空间方程。根据防抖勺在持续手抖干扰、负载不断跃变的情况下要保持勺面与食物相对静止的需求,本文提出了外环控制加速度、内环控制位置的系统框架。内环采用反步法推导控制律,以实现对齿隙非线性的补偿和位置跟踪的快速响应。通过与PI控制算法的对比仿真实验,验证了反步积分控制下系统响应速度更快、位置跟踪精度更高、传递转矩更平稳的优越性能。外环采...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
防震颤设备
重量高达几十公斤，成本也相当高。2009 年，大疆公司开始尝试用无刷电机直方式来做云台。经过三年时间研发，于 2012 年在德国的 Toy Fair 展会上发布了首款无刷直驱式的三轴增稳云台 Z15，其每个轴对应一个电机在控制作用下产向位移抵消落在该轴的震动分量，Z15 可挂载摄像机配合 S800 系列的多旋翼无进行拍摄工作，极大降低了航拍成本，提高了航拍效率。2014 年，面对更加激手持相机防抖的需求，大疆将无人机云台技术经过改良后，安装在了三轴的手持系统上，因此诞生了 Ronin 系列（如图 1-3(b)）。Ronin 面向专业领域，可搭载相机以手持的方式进行拍摄控制，与斯坦尼康一样让摄影变得更加灵活和简单且整体上 Ronin 比斯坦尼康更轻巧便携。2015 年，大疆推出了全球首款一体化云台相机 Osmo 系列，面向大众消费人群。这个系列基本奠定了后来市场上手持云台的基本形态和工作原理。2016 年 9 月，大疆诞生了第一款手机稳定器手机云台（如图 1-3(c)），为防抖云台有更广泛的应用增添了新可能。
29图 3-1 内环仿真框图反步积分控制器如图 3-2 所示。控制系统被控对象仿真模型如图 3-3 所示。勺头食物质量变化时，会引起负载的剧烈变化（处于勺尖，力矩较大）。根际承载固态、液态食物的容量，可得液态食物质量 7ym g，固态食物15 g。结合防抖勺实际的机械结构计算出负载端的转动惯量和负载转矩。仿及的模型参数和控制器参数如表 3.1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]特发性震颤与特发性震颤发展成帕金森病患者的临床特征比较[J]. 王雪梅,曹振汤,柳竹,马惠姿,王展,杨雅琴,冯涛. 中国康复理论与实践. 2018(07)
[2]相机防抖技术浅析[J]. 岑裕庭. 轻工科技. 2016(06)
[3]基于扰动观测器的多旋翼无人机机载云台模糊自适应跟踪控制[J]. 王日俊,白越,续志军,宫勋,张欣,田彦涛. 浙江大学学报(工学版). 2015(10)
[4]不只是防抖——浅谈宾得SR系统[J]. 刘欣. 中国摄影家. 2014(12)
[5]考虑齿隙伺服系统的反步自适应模糊控制[J]. 杜仁慧,吴益飞,陈威,陈庆伟. 控制理论与应用. 2013(02)
[6]含有齿隙伺服系统的建模与对开环频率特性的影响[J]. 周金柱,段宝岩,黄进. 中国机械工程. 2009(14)
[7]基于反步自适应控制的伺服系统齿隙补偿[J]. 马艳玲,黄进,张丹. 控制理论与应用. 2008(06)
[8]齿隙非线性研究进展[J]. 赵国峰,樊卫华,陈庆伟,胡维礼. 兵工学报. 2006(06)
[9]基于时间次优补偿的齿隙非线性系统的切换控制[J]. 赵国峰,宋杨,郭健,胡维礼. 兵工学报. 2006(02)
[10]传动装置齿隙位置对伺服系统的影响[J]. 李丹. 重型机械科技. 2004(02)
博士论文
[1]模糊控制工程应用若干问题研究[D]. 彭勇刚.浙江大学 2008
硕士论文
[1]四旋翼无人机载云台的建模与控制研究[D]. 王晓晓.沈阳航空航天大学 2016
[2]含齿隙环节伺服系统的反步自适应控制[D]. 李超.西安电子科技大学 2011
[3]提高含齿隙伺服系统运动精度的控制研究[D]. 黄俊朋.哈尔滨工业大学 2010
[4]多电机同步联动系统的动力学建模及消隙控制算法研究[D]. 王建侠.南京理工大学 2004
本文编号：3247152
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
防震颤设备
重量高达几十公斤，成本也相当高。2009 年，大疆公司开始尝试用无刷电机直方式来做云台。经过三年时间研发，于 2012 年在德国的 Toy Fair 展会上发布了首款无刷直驱式的三轴增稳云台 Z15，其每个轴对应一个电机在控制作用下产向位移抵消落在该轴的震动分量，Z15 可挂载摄像机配合 S800 系列的多旋翼无进行拍摄工作，极大降低了航拍成本，提高了航拍效率。2014 年，面对更加激手持相机防抖的需求，大疆将无人机云台技术经过改良后，安装在了三轴的手持系统上，因此诞生了 Ronin 系列（如图 1-3(b)）。Ronin 面向专业领域，可搭载相机以手持的方式进行拍摄控制，与斯坦尼康一样让摄影变得更加灵活和简单且整体上 Ronin 比斯坦尼康更轻巧便携。2015 年，大疆推出了全球首款一体化云台相机 Osmo 系列，面向大众消费人群。这个系列基本奠定了后来市场上手持云台的基本形态和工作原理。2016 年 9 月，大疆诞生了第一款手机稳定器手机云台（如图 1-3(c)），为防抖云台有更广泛的应用增添了新可能。
29图 3-1 内环仿真框图反步积分控制器如图 3-2 所示。控制系统被控对象仿真模型如图 3-3 所示。勺头食物质量变化时，会引起负载的剧烈变化（处于勺尖，力矩较大）。根际承载固态、液态食物的容量，可得液态食物质量 7ym g，固态食物15 g。结合防抖勺实际的机械结构计算出负载端的转动惯量和负载转矩。仿及的模型参数和控制器参数如表 3.1 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]特发性震颤与特发性震颤发展成帕金森病患者的临床特征比较[J]. 王雪梅,曹振汤,柳竹,马惠姿,王展,杨雅琴,冯涛. 中国康复理论与实践. 2018(07)
[2]相机防抖技术浅析[J]. 岑裕庭. 轻工科技. 2016(06)
[3]基于扰动观测器的多旋翼无人机机载云台模糊自适应跟踪控制[J]. 王日俊,白越,续志军,宫勋,张欣,田彦涛. 浙江大学学报(工学版). 2015(10)
[4]不只是防抖——浅谈宾得SR系统[J]. 刘欣. 中国摄影家. 2014(12)
[5]考虑齿隙伺服系统的反步自适应模糊控制[J]. 杜仁慧,吴益飞,陈威,陈庆伟. 控制理论与应用. 2013(02)
[6]含有齿隙伺服系统的建模与对开环频率特性的影响[J]. 周金柱,段宝岩,黄进. 中国机械工程. 2009(14)
[7]基于反步自适应控制的伺服系统齿隙补偿[J]. 马艳玲,黄进,张丹. 控制理论与应用. 2008(06)
[8]齿隙非线性研究进展[J]. 赵国峰,樊卫华,陈庆伟,胡维礼. 兵工学报. 2006(06)
[9]基于时间次优补偿的齿隙非线性系统的切换控制[J]. 赵国峰,宋杨,郭健,胡维礼. 兵工学报. 2006(02)
[10]传动装置齿隙位置对伺服系统的影响[J]. 李丹. 重型机械科技. 2004(02)
博士论文
[1]模糊控制工程应用若干问题研究[D]. 彭勇刚.浙江大学 2008
硕士论文
[1]四旋翼无人机载云台的建模与控制研究[D]. 王晓晓.沈阳航空航天大学 2016
[2]含齿隙环节伺服系统的反步自适应控制[D]. 李超.西安电子科技大学 2011
[3]提高含齿隙伺服系统运动精度的控制研究[D]. 黄俊朋.哈尔滨工业大学 2010
[4]多电机同步联动系统的动力学建模及消隙控制算法研究[D]. 王建侠.南京理工大学 2004
本文编号：3247152
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