无力传感器智能助力轮系统设计

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1、１：；＇Ｖ比。．寧位巧码；１組换；分类号ＴＰ２４２３■ｒ巧；学号別３００２１扔：．戀林ＭＯｆ－：ｊＮｏｒｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔＣｈｉｎａＪ枯；ｙ、占．；全日制工程硕±学位论女无力传感器智能助力轮系统设计。＊＇＇啡一ｒ，；；＇－；硕±研究生—史獻脉Ｉｔｌ權身熱肺沈兴全教援陈庆盈硏究這＿校外指导教师．＇ａＭｘａ—所在领域許原创性声明本人巧重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师

2、的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体。，均已在文中从明确方式掠明本声明的法律责任由本人承担。’论文作者签名Ｍ．ｂ：夺巾日期；ｉＬ关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部口送交学位论文的原件与复印件；②学校可采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论女被

3、查阅或借飼＾；④学校可｜乂学术交流为目的，复制猶送和交换学位论文；⑤学校可＾乂公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密启遵守签此规定）。名：幸Ｖ日期：＾｜／？公导师签名：日期：如多图书分类号TP242.3密级非密注1UDC621全日制工程硕士学位论文无力传感器智能助力轮系统设计史政校内指导教师（姓名、职称）沈兴全教授校外指导教师（姓名、职称）陈庆盈研究员申请学位级别全日制工程硕士学位所在领域（研究方向）机械工程论文提交日期2016年6月1日论文答辩日期2016年5月25日

4、学位授予日期________年______月______日论文评阅人燕碧娟、朱元武答辩委员会主席朱元武2016年6月1日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类中北大学学位论文无力传感器智能助力轮系统设计摘要据第六次全国人口普查数据显示，我国肢体残疾人士与老龄人口（超过60岁）占全国人口总数比例高达16.12%。这些人群面临着出行或者行动不便的困境，由此带来了一系列的社会问题。在此背景下，智能轮椅发展迅速，为肢体残疾与行动不变的老人提供了诸多便利。然而它们价格高昂，核心控制器件需要进口且控制系统安全性与可

5、靠性低，难以得到普及。为了降低成本并保证控制系统可靠性，本文研发了一款应用于手动轮椅的助力设备——智能助力轮。在大量阅读国内外助力设备相关文献的基础上，本文提出了DSP控制芯片+直流无刷电机（BLDCM）的系统总体方案并设计了DSP外围以及相关电路。首先，以应用于手动轮椅的智能助力轮为研究对象，建立并分析了驱动系统的动力学模型。由此，确定了所需电机的功率与扭矩并且搭建了相关实验平台。其次，本文采用模型辨识的方法，通过模型降阶处理、采用低频正弦扫频的方法、并引入自适应卡尔曼滤波辨识算法抑制量测噪声对辨识结果

6、的影响，从而精确地建立了驱动系统的数学模型，并检验了辨识模型的控制性能。再次，控制系统采用了无力传感器自适应模型阻抗助力控制策略（简称FSLAMIPAC）。本文使用经典控制理论分析了FSLAMIPAC算法的助力性能与鲁棒稳定性，揭示了力观测器的鲁棒性限制因素并且提出一个解决低鲁棒性的设计方法。借助MATLAB/simulink对控制架构中的各个模块进行了设计，根据仿真结果选取了最佳控制参数。FSLAMIPAC算法没有使用力传感器仅使用编码器估测外部施加力信息，大幅降低了控制成本。它通过对路面倾斜角度的监测

7、实时修正模型阻抗的大小，以达到自适应助力输出的效果。最后，使用Dspace实验平台对设计的控制系统进行了检验。实验结果表明，电机能够按照助力要求完成输出。关键词：智能助力轮，扭矩模式，系统辨识，力估测，无力传感器I中北大学学位论文Force-Senor-LessIntelligentpower-assistwheelsystemdesignShizheng,ShengXing-quan,ChenQin-YinAbstractAccordingtothesixthnationalpopulationcens

8、usfigures，theproportionofphysicaldisabilitiesandagedpopulation(morethan60yearsold)inChinaisashighas16.12%.Thesepeoplefacewiththeplightoftravellingorwalking,furtherbringaseriesofsocialproblems.Inthiscontext,intellige