用于下肢康复训练仪的PMSM控制系统研制

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随着全球人口老年比例的不断扩大以及下肢残障患者的逐渐增多,对下肢康复训练仪的研究也在逐步深入,对训练仪控制精度的要求也在不断提高。因此研发一套高精度、高性能的下肢康复训练仪控制系统有着非常实际的意义。
  本文在下肢康复训练问题的背景下,设计了基于数字信号控制器(DSC)的永磁同步电机(PMSM)控制系统。以DSC为主控芯片实现了对PMSM运动速度和位置的精准控制,大大的提高了康复训练系统的精确性和可靠性。
  首先本文结合临床医学的下肢康复理论与运动疗法阐述了下肢康复训练仪的可行性,以中风偏瘫患者为例介绍了不同康复期下的训练模式,并基于此提出对电机的控制要求。随后针对PMSM控制系统的研究,对PMSM的数学模型进行了简化处理,分析了其在dq坐标下的数学模型结构,并简单的介绍了电压空间矢量控制理论,就其实现方法进行了阐述。然后依据下肢康复训练仪的工作原理设计了三种PI调节器。并且对整个控制系统的硬件系统及软件系统做了设计。在硬件设计方面,核心控制芯片采用Microchip公司出品的数字信号控制器dsPIC33FJ128MC708,驱动主体采用三菱公司出品的整流逆变制动模块CP20TD01?12A,同时系统还含有各种检测电路及保护电路等。软件设计以MAPLAB为平台编写了SVPWM程序及各功能模块程序,文中给出了大部分控制程序流程图。
  最后在MATLAB的平台上搭建了空间矢量系统的仿真模型并对系统进行了仿真研究。对仿真结果进行了分析,为进一步的理论和实践研究奠定了坚实基础。最后并给出了硬件实验的波形,与仿真结果对比获得了较为理想的控制效果。
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