Система управления движением инвалидного кресла-коляски с электроприводом

• Автор: Коробатов, Денис Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 169 с. : ил.

1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ИТС И ТРЕБОВАНИЯ К УПРАВЛЕНИЮ
1.1 Состояние и перспективы развития ИТС с электроприводом
1.2 Функциональная и кинематическая схема привода
1.3 Источник питания
1.4 Электродвигатель
1.5 Система управления электроприводом
1.6 Требования к системе управления
1.7 Выводы по главе
2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ВД ПРИ РАЗНЫХ СПОСОБАХ УПРАВЛЕНИЯ
2.1 Общие замечания
2.2 Принятые допущения
2.3 Предварительные соотношения
2.4 Статические характеристики при дискретной коммутации
1.1.1 180-градусная коммутация
1.1.2 120 - градусная коммутация
2.5 Статические характеристики при векторном управлении
1.1.3 Набор базовых векторов 180-градусной коммутации
1.1.4 Набор базовых векторов 120-градусной коммутации
2.6 Учет факторов, влияющих на момент ВД
2.7 Результаты и выводы по главе
3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ
3.1 Общие замечания
3.2 Математическая модель привода при малой скорости
3.3 Модель электропривода при больших перемещениях
3.4 Электропривод ИКК как цифровая система
3.5 Управление электроприводом в разомкнутой системе
3.6 Управление в контуре регулирования положения при торможении и удержании на месте
3.7 Управление скоростью в замкнутой системе
3.8 Управление скоростью в замкнутой по положению системе
3.9 Модальное управление при дискретном векторе состояния
3.10 Модифицированный дискретно-модальный регулятор
3.11 Восстановление непрерывных координат состояния по измеренным дискретным значениям
3.12 Выводы по главе

4. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УРАВЛЕНИЯ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ. ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ
4.1 Выбор элементной базы
4.2 Размещение узлов электропривода
4.3 Принципиальная схема электропривода
4.4 Испытания ИКК и опыт эксплуатации
1.1.5 Измерение потребляемого тока и мощности
1.1.6 Определение эффективности рабочей и автоматической тормозной системы
1.1.7 Определение максимальной скорости, ускорения и торможения
1.1.8 Определение минимального радиуса поворота и минимальной ширины разворота
1.1.9 Определение угла преодолеваемого подъема
1.1.10 Сравнение алгоритмов управления
1.1.11 Опыт эксплуатации
4.5 Выводы и заключительные положения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПРОГРАММА РАСЧЕТА ФОРМЫ ТОКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПРОГРАММА ПЕРЕСЧЕТА МАТРИЦ ОБЪЕКТА В ЦИФРОВУЮ ФОРМУ
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. СХЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. СХЕМА БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. СХЕМА ПУЛЬТА УПРАВЛЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. ПРОГРАММА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. ПРОГРАММА МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ПУЛЬТА УПРАВЛЕНИЯ

Актуальность работы обусловлена необходимостью создания в нашей стране доступных транспортных средств для инвалидов (ИТС) с электроприводом. Создание ИТС быстрыми темпами происходит в США, Германии, Японии, Англии и других странах, где не только налажено серийное производство, но и существует разработка индивидуальных ИТС для конкретного человека. Однако стоимость таких ИТС с электроприводом составляет от 4 тысяч долларов и выше. Современное состояние отечественной промышленности позволяет реализовать выпуск относительно дешевых ИТС с электроприводом стоимостью до 1,5 тысяч долларов и создать конкуренцию аналогичным импортным изделиям. Такое производство с серийным выпуском ТС для инвалидов организовано, например, на Уфимском заводе металлических и пластмассовых изделий (УЗМПИ) и на фирме «ИНКАР» Калининград при НПО «ЭНЕРГИЯ».
В электроприводе ИТС нашли применение вентильные двигатели (ВД) или синхронные двигатели (СД) с возбуждением от постоянных магнитов, исследованные в работах И.Е. Овчинникова, В.К. Лозенко, С.А. Петрищева, В.А. Лифанова, С.Г. Воронина, A.B. Тиманова, В.Д. Константинова и целого ряда других авторов. В большинстве работ указанных авторов описание электромагнитных процессов дается в предположении синусоидальной ЭДС вращения. Реальный электромеханический преобразователь (ЭМП), используемый в ИТС характеризуется несинусоидальной ЭДС, поэтому, существующие математические модели ЭМП в большинстве случаев не могут быть использованы при разработке алгоритмов управления электроприводом ИТС и с этой точки зрения нуждаются в уточнении.
Вопросы качества и безопасности движения ИК с электроприводом рассмотрены в работах A.B. Батаева, А.Б. Петленко, Н.Ф. Васильева, А.Л. Логинова, Аль-масуд Тауфик. Авторы анализируют движение коляски с электроприводом в различных режимах, рассматривают вопросы маневренности и управляемости ИК с электроприводом, предлагают алгоритмы работы системы управления, позво-

1.1.3 Набор базовых векторов 180-градусной коммутации Для токов, протекающих в течение первого интервала ШИМ, остаются справедливыми выражения (3.3), (3.4), (3.7)-(3.13). Для второго интервала, согласно рис. 2-8, а, используя метод контурных токов можно записать:

• 1 г <^2 ■
+ цг + Ь^ + 12г + еа-еь;
с//^
<1(
г ли
Ь—~ + иг (11
с/т
' Т сііх
+ &ч*еа~ес'
(3.24)
Решение этих уравнений относительно контурных ТОКОВ /], 12 имеет вид:
Ь сій
Н= — {-и-еа+2еЬ-ес) г;

г с/с
й=^-(2и-еа-еь+2ес)---^
3 г г Л
После перехода к относительным единицам:
/| — -и + е1
1 / СІй
--(еа+ес)—7і;
с/т
о 1 ( (Я-Іу
і2=2и + е--(еа+еь)
2 с 2У я Ь> с/т
(3.25)
Запишем решение (3.25), разделяя вынужденную и свободную составляющие:
1х=1х(и,Ър,®р) + 1Хс и = ^2 +
(3.26)

1х(и,Єр,(йр) = -и+еь-^(еа+ес); /2 (и,Єр,шр) = 2и + ес-|(ев+е4)
(3.27)
■ установившиеся (вынужденные) значения контурных токов;

^2с
(3.28)
— свободные составляющие контурных токов.