上肢康复机器人关节电机滑模变结构控制方法研究

发布时间：2017-05-09 16:12

  本文关键词：上肢康复机器人关节电机滑模变结构控制方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：进入21世纪以来,社会不断的发展、人们的物质生活有了很大的提高,人类疾病的问题也在不断增加。偏瘫患者大多由脑卒中疾病引起的,且发病率呈现上升趋势,偏瘫患者生活不能自理,直接给家庭和社会带来了沉重的压力。人们对生活质量要求的提高,对健康生活的重视使得一些康复医疗器械不断涌现。在目前,将机器人与康复医学工程的结合是国内外研究的热点。在一些康复医疗医院,患者进行训练主要依靠一些简单器械,并且还需要专业的医师指导,这些都不能满足智能化的需要。本文在研究人体上肢运动机理和康复医疗理论的基础上,结合当前国内外对康复机器人的研究发展现状,结合机电控制理论,以能够较好的完成偏瘫患者上肢康复训练为目的,对其电机驱动控制系统进行研究。针对上肢康复机器人,分析总体系统方案,确定机器人的整体结构,选择电气控制的驱动方式,选用无刷直流电机作为驱动电机,并针对无刷直流电机控制系统中的位置控制器进行设计。本文的研究内容主要有:首先,介绍了本文的研究背景及意义,论述总结了无刷直流电机及其控制策略现阶段的研究状态和未来的发展方向。其次,在给出了无刷直流电机结构组成和工作原理的前提下,通过公式推导得到了电机的数学模型,并利用MATLAB/Simulink对无刷直流电机控制系统进行了仿真模型的搭建,通过仿真验证模型的正确性。最后,针对传统滑模控制位置控制器不能很好地满足无刷直流电机这种变量多、耦合强、复杂系统的控制精度要求,结合数学模型设计了基于干扰观测器(Disturbance Observer,DOB)的滑模控制器,并将其应用于上肢康复机器人驱动电机的位置控制。结果表明,该控制器可使系统状态在有限时间内收敛到期望值,改善了系统稳态跟踪速度和控制精度效果。
【关键词】：无刷直流电机 MATLAB/Simulink仿真模型 干扰观测器 位置控制
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题研究的背景和意义11-13
• 1.2 国内外研究现状概况13-17
• 1.2.1 康复机器人的国内外研究现状13-15
• 1.2.2 上肢康复机器人所用的无刷直流电机控制技术现状15-17
• 1.3 本文的主要研究内容17
• 1.4 本章小结17-18
• 第2章 上肢康复机器人系统方案分析18-25
• 2.1 上肢康复机器人结构方案设计18-21
• 2.1.1 设计要求18-19
• 2.1.2 关节的运动19-21
• 2.2 驱动方式选择21-22
• 2.3 单关节驱动电机和控制方法的选择22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 单关节驱动电机的工作原理和数学建模25-34
• 3.1 无刷直流电机的工作原理25-30
• 3.1.1 无刷直流电机的基本结构25-26
• 3.1.2 无刷直流电机的工作原理26-30
• 3.2 无刷直流电机的数学模型30-33
• 3.2.1 无刷直流电机本体电压方程30-33
• 3.2.2 无刷直流电机的转矩及运动方程33
• 3.3 本章小结33-34
• 第4章 单关节驱动电机控制系统的建模34-42
• 4.1 无刷直流电机控制系统的MATLAB建模34-41
• 4.1.1 电机本体模块34-35
• 4.1.2 反电动势模块35-37
• 4.1.3 给定电流模块37-38
• 4.1.4 逆变器模块38-39
• 4.1.5 电压变换模块39
• 4.1.6 电流控制器模块39-40
• 4.1.7 位置控制模块40
• 4.1.8 无刷直流电机控制系统模型40-41
• 4.2 本章小结41-42
• 第5章 单关节驱动电机控制方法研究42-50
• 5.1 干扰观测器的设计42-46
• 5.1.1 常规滑模控制器42-44
• 5.1.2 带干扰观测器的滑模控制器44
• 5.1.3 稳定性分析44-46
• 5.2 系统仿真及实验结果46-49
• 5.2.1 系统模型46
• 5.2.2 仿真及实验结果46-49
• 5.3 本章小结49-50
• 总结与展望50-51
• 致谢51-52
• 参考文献52-55
• 附录55-59
• 作者简介59
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果59-60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 于靖;陈谋;姜长生;;基于干扰观测器的非线性不确定系统自适应滑模控制[J];控制理论与应用;2014年08期

2 王晓光;张慧君;;肢体康复器械的研究现状及未来发展策略[J];医疗卫生装备;2014年07期

3 叶雯s

本文编号：352816