Импульсная система управления экзоскелетом нижней конечности человека

Управление двигателями постоянного тока приводов линейного перемещения осуществляется посредством ШИМ-регулирования. При регулировании скорости вращения двигателя с помощью широтно-импульсной модуляции на двигатель подаётся полное напряжение питания, но регулируется время, в течение которого оно подаётся. Структурная схема управление электродвигателем привода представлена бедренного сустава экзоскелета нижней конечности на рисунке 3.7.1:

Рис.2.5.3.1 Структурная схема управление электродвигателем привода бедренного сустава экзоскелеиа нижней конечности

На рисунке 2.5.3.1 приведены следующие обозначения:

МК1 – микроконтроллер формирующий начальное задающее воздействие;

МК- микроконтроллер Atmega 16, компании ATMEL, который включает в себя:

K – компаратор;

Р – регулятор.

УМ – усилитель (У) мощности (драйвер двигателя) MoviPowerLite компании MOVICOM;

ЭД – электродвигатель постоянного тока (ДПТ) привода линейного перемещения LAS-1-1-150-12GE компании HIWIN;

Д – инкрементальный энкодер E30S-4-1024-3-V-5 компании AUTONICS;

заданное значение угла поворота в i-й промежуток времени;

значение угла поворота с датчика в i-й промежуток времени;

значение рассогласования между заданным значением угла поворота и значением угла поворота с энкодера в i-й промежуток времени;

U – управляющее воздействие, подаваемое на электродвигатель;

T_φ* - период заданного сигнала;

T – период управляющего сигнала;

b – длительность импульса управляющего сигнала;

T₁, T₂ T₃ T_i – периоды частотно-модулированного сигнала с датчика положения;

U₀ – максимальный уровень напряжения;

максимальный угол поворота звена.

Управление электродвигателем происходит по следующему алгоритму:

На вход микроконтроллера (МК) поступает сформированное другим микроконтроллером (MK1), задающее воздействие , которое представляет собой, последовательность импульсов, значение угла поворота бедренного звена относительно стойки. В компараторе (К) микроконтроллера происходит сравнение этого заданного значения с текущим показанием датчика угла поворота, представляющего собой инкрементальный энкодер (Э). В случае отсутствия данных с датчика, задающее воздействие поступает на регулятор микроконтроллера (Р), который впоследствии формирует управляющий сигнал U, т.к. выходные сигналы микроконтроллера малы, то для управления электродвигателем постоянного тока (ЭД), применяется усилитель мощности (драйвер) (УМ). Усиленный сигнал с драйвера, поступает на электродвигатель, ротор которого поворачивается на заданный угол, который контролируется датчиком. Энкодер генерирует последовательность частотно-модулированных импульсов, которая по цепи обратной связи поступает на компаратор микроконтроллера, где происходит сравнение с заданным сигналом.

Частотно-модулированный сигнал, возвращаемый датчиком, описывается как:

, (118)

где T_j и b_k – период и длительность j-го импульса.

График частотно-модулированного сигнала представлен на рисунке 3.7.2:

Рис.2.5.3.2 График частотно-модулированного сигнала , возвращаемого энкодером

Дата добавления: 2015-07-19