电动轮椅系统设计

电动轮椅系统设计电气1231第一小组电动轮椅组成•电源•电机•光电编码器•摇杆•外壳等等前提•电动轮椅是一种以蓄电池为能源、电机驱动的轮椅车。具有省力、操作简便、车速平稳、无污染和低噪音的特点。适于下肢残疾、高位截瘫或偏瘫以及年老体弱者使用，是一种比较理想的移动或代步工具。•目前，国外对电动轮椅的研究已相对比较成熟。他们已开发出各种各样的适合不同用户群体的电动轮椅，并逐渐向智能化的方向发展。现在高性能电动轮椅生产厂家多集中在美国、德国、澳大利亚和西班牙，中国台湾也有电动轮椅生产厂家。然而，国内对电动轮椅的研究技术依然远远落后于国外，绝大多数轮椅厂家都只生产电机和座椅而不生产控制器，基本上都依赖于进口。因此，研究高性能低成本的电动轮椅驱动器，替代进口填补国内技术空白具有重要意义。电动轮椅类型及技术简介电动轮椅类型简介驱动类型四轮驱动能在各种不利地形的路面上行驶，甚至是在沙地上或者雪地里。制动类型被动通过弹簧或压力避震器来减小轮椅的振动稳定性控制类型被动上下坡的时候，用户可以自己移动身体或电动地调节座椅的位置来达到调节重心的目的。轮椅控制系统速度给定方向给定操纵杆信号处理算法电机控制算法电机电机以及控制器状态监测外部扰动电动轮椅运动控制系统示意图光电编码器•类型光电编码器•品牌HONESTSENSOR•型号编码器码盘客制化生产•外型尺寸客制化生产（mm）•适用范围旋转编码器,光栅尺,•伺服电机,机器手臂,打印机•读出方式非接触式•工作原理增量式•价格35元电源•锂电池•加工定制是•品牌WATE•型号WATE-2440•额定容量40000（mah）•标准电压24（V）•充电电流10（A）•外型尺寸120*185*265（mm）•适用类型电动自行车•产品认证ce•价格1800元电机•加工定制是•品牌羚鹰•产品类型有刷直流电动机•型号MY68•额定功率0.1（kW）•额定电压24（V）•额定转速2700（rpm）•主要适用范围电动滑板车、小冲浪•产品认证CE•价格38元基材材料聚碳酸酯(PC)厚度0.18mm,0.25mm,0.5mm,1.0mm,1.5mm,2.0mm±10%透光度≥90%操作温度-40~120℃误差内径±0.05mm外径±0.1mm不透光/透光比例≤0.005mm码道同心度≤0.1mm码道真圆度≤0.05mm冲压毛刺≤0.2mm摇杆•■操纵灵活Flexiblehandling■复位误差小Smallresettingerror■寿命长Longlife-time特点Features■端子型号Terminaltype■引线长度Leadlength■防尘盖Sealform■开关Switch■电位器型号规格potentiometer■操纵手感轻或重softorheavyhandling可选项Optionals典型应用TypicalApplications■移动摄像和CCTV控制系统MovephotographyCCTVcontrolsystem■测试计量设备Medicalimagingsystem■医药成像系统Measurementequipments■自动化机器控制Automativecontrol■视频编辑及生产设备Videoeditingequipments■工业及科学用仪表IndustrialInstruments型号选用说明ModelexplanationM1电位器PotentiometersBB型防尘圈BSealedform300R系列摇杆RseriesjoystickR代表三维3D摇杆尺寸高速计数器三菱plc输入模块麦克纳姆轮运动学关系示意图(一)前向运动(二)后向运动(三)右向运动(四)左向运动原理图手柄高速计数器三菱plc输入模块1234电机驱动电机驱动电机驱动电机驱动电机电机电机电机码盘PID计算MOS管电机码盘给定信号P：比例I：积分D：微分PID公式pid算法流程图PID计算当|e(t)|≤β时当|e(t)|＞β时q0=Kp(1+Td/T)q1=-Kp(1+2Td/T)q2=KpTd/Tu(t)=u(t-1)+Δu(t)PID增量式算法离散化公式：u(t);;;;;控制器的输出值。e(t);;;;;控制器输入与设定值之间的误差。Kp;;;;;;;比例系数。Ti;;;;;;;积分时间常数。Td;;;;;;;微分时间常数。T;;;;;;;;调节周期。β;;;;;;;积分分离阈值PID参数整定•1)比例系数Ｋp对系统性能的影响：比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小。Ｋp偏大，振荡次数加多，调节时间加长。Ｋp太大时，系统会趋于不稳定。Ｋp太小，又会使系统的动作缓慢。Ｋp可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以控制对象的特性决定的。如果Ｋｃ的符号选择不当对象状态(pv值)就会离控制目标的状态(sv值)越来越远，如果出现这样的情况Ｋp的符号就一定要取反。•(2)积分控制Ｔｉ对系统性能的影响：积分作用使系统的稳定性下降，Ｔｉ小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。•(3)微分控制Ｔｄ对系统性能的影响：微分作用可以改善动态特性，Ｔｄ偏大时，超调量较大，调节时间较短。Ｔｄ偏小时，超调量也较大，调节时间也较长。只有Ｔｄ合适，才能使超调量较小，减短调节时间。