电动轮椅差速转向与驱动控制器的研究与开发

论文摘要

电动轮椅是面向老龄化社会的一种新型交通工具,具有较广阔的市场前景和社会意义。其差速转向技术应用及其驱动控制方法的研究具有重要的现实意义和应用价值。本论文针对电动轮椅差速转向的理论和技术问题以及其运行过程的速度波动问题展开了较深入的研究,并结合现代数字信号处理与控制方法,对其差速转向与驱动控制器进行了实验研究和开发。主要研究内容如下:①对电动轮椅差速转向运动学与动力学模型进行了论述和分析,在此基础上设计了其差速转向与驱动控制总体方案,并对该方案的精度控制策略进行了研究与分析;②基于dsPIC30F6010A的电机控制PWM与输出比较两模块,探讨了只用一个单片机同时实现双轮轮毂电机驱动与差速控制的方法和设计方案;③探讨了上述方案下的控制器硬件设计,包括控制器各功能模块电路设计、元器件选择、印制电路板的制作以及控制器的散热设计;④基于上述方案的控制器软件设计与开发,包括轮毂电机驱动、电枢通电换向、轮毂电机差速、手柄操纵等模块的程序开发,以及基于PID算法的双轮毂电机转速闭环控制策略与软件抗干扰方法措施的分析与设计;⑤基于MATLAB下电动轮椅轮毂电机参数的仿真结果,在集成开发环境下对上述软硬件设计进行调试和分析,进而对电动轮椅差速转向与驱动控制器进行改进和优化。通过上述电动轮椅差速转向与驱动控制的理论研究和软硬件设计试验,实现了电动轮椅差速转向与驱动控制技术,验证了上述设计和方法的正确性和可行性,并能满足现代电动轮椅使用和控制精度要求,为进一步研究开发适合老龄化社会新型电动轮椅产品奠定了一定的技术和理论基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景、意义与目的
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.1.3 课题研究的目的
• 1.2 电动轮椅差速转向与驱动控制系统的研究现状
• 1.2.1 电动轮椅驱动控制系统的研究现状
• 1.2.2 差速转向技术的研究现状
• 1.2.3 差速转向技术在电动轮椅驱动控制系统中的应用
• 1.3 课题研究的主要内容与方法
• 1.3.1 课题研究的主要内容
• 1.3.2 课题研究的方法
• 2 电动轮椅差速转向建模分析与驱动控制方案设计
• 2.1 电动轮椅差速转向建模分析
• 2.1.1 电动轮椅差速转向系统的组成
• 2.1.2 差速转向系统驱动单元布置特点
• 2.1.3 电动轮椅运动学模型
• 2.1.4 电动轮椅动力学分析
• 2.1.5 差速转向方程的构建
• 2.2 电动轮椅驱动控制方案设计
• 2.2.1 轮毂电机的结构及工作原理
• 2.2.2 数字信号控制器的选型及其结构
• 2.2.3 数字信号控制器电机控制PWM 模块工作原理
• 2.2.4 数字信号控制器输出比较模块工作原理
• 2.3 电动轮椅差速转向与驱动控制精度分析
• 2.4 本章小结
• 3 电动轮椅差速转向与驱动控制器硬件设计及实现
• 3.1 轮毂电机逆变及制动能量回馈电路设计
• 3.1.1 功率管选型
• 3.1.2 逆变电路设计
• 3.2 功率管驱动电路设计
• 3.2.1 驱动芯片选型
• 3.2.2 驱动电路设计
• 3.3 霍尔位置信号采集电路设计
• 3.4 其他模块硬件电路设计
• 3.4.1 电源电路设计
• 3.4.2 操纵手柄按键与A/D 采样电路设计
• 3.4.3 轴距调节电机逆变电路设计
• 3.4.4 喇叭电路设计
• 3.5 控制器印制电路板设计分析
• 3.5.1 印制电路板抗干扰设计分析
• 3.5.2 功率管的传热散热设计分析
• 3.6 控制器与负载连接头选型
• 3.7 本章小结
• 4 电动轮椅差速转向与驱动控制器软件设计与开发
• 4.1 dsPIC30F系列数字信号控制器软件开发系统组成
• 4.2 电动轮椅差速转向与驱动控制器软件主程序设计
• 4.3 电动轮椅差速转向与驱动控制器各模块子程序设计
• 4.3.1 轮毂电机起动模块子程序设计
• 4.3.2 电枢通电换向模块子程序设计
• 4.3.3 轮毂电机PID调速模块子程序设计
• 4.3.4 轮毂电机差速模块子程序设计
• 4.3.5 手柄操纵模块子程序设计
• 4.4 电动轮椅差速转向与驱动控制器软件抗干扰设计分析
• 4.5 本章小结
• 5 电动轮椅轮毂电机参数仿真及其控制器调试分析
• 5.1 电动轮椅轮毂电机参数仿真分析
• 5.2 轮毂电机驱动及PID调速调试分析
• 5.3 轮毂电机差速调试分析
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结及工作展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录