新型功率車的恒功率控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的較大提升，人們對自己的身體健康越來越注重，作為鍛煉活動的有效工具之一健身器材備受人們的青睞。功率車作為一種安全可靠的健身設(shè)備正在日益廣泛地走進(jìn)人們的生活，傳統(tǒng)功率車存在功能單一以及恒定功率模式訓(xùn)練時系統(tǒng)阻尼不能隨著運動進(jìn)行適應(yīng)性的調(diào)節(jié)等問題。
　　本文針對目前市場室內(nèi)智能健身器材的需求和傳統(tǒng)功率車存在的缺點，研制了一種運動形式有別于傳統(tǒng)功率車的新型智能化健身功率車系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有功能全面、集健

2、身娛樂于一身、友好的人機(jī)交互界面、占地面積小等優(yōu)點，在恒定功率模式下使得測試者較為輕松地進(jìn)行訓(xùn)練，能夠很好地滿足在家庭、健身房等室內(nèi)場所中進(jìn)行的有氧健身運動需求。本文主要研究的內(nèi)容包括:
　　(1)整機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。從結(jié)構(gòu)可靠性、動力性能以及操控性等方面出發(fā)，合理選擇材質(zhì)，優(yōu)化機(jī)構(gòu)布局等，應(yīng)用人體工學(xué)原理設(shè)計出符合人體形態(tài)的功率車結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行了實驗論證和實現(xiàn)。
　　(2)智能功率車硬件電路設(shè)計與實現(xiàn)。包括腳蹬踏板壓力測

3、量單元、蹬踏速度信號采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元（有線通信單元和無線通信單元）、勵磁控制和負(fù)載控制單元、發(fā)電機(jī)輸出頻率測量單元以及發(fā)電機(jī)輸出電壓和輸出電流測量單元等。
　　(3)恒定功率控制軟件開發(fā)。設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，其中上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件通過一定的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)了很好的人機(jī)交互，并在計算機(jī)中進(jìn)行測試數(shù)據(jù)的存儲。
　　(4)研究構(gòu)建恒定功率訓(xùn)練模型。在設(shè)定固定的期望功率值后，系統(tǒng)通過前饋PID算法實時

4、調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻力，使得訓(xùn)練者在運動過程中始終達(dá)到并保持恒定功率值，從而實現(xiàn)了恒定功率訓(xùn)練模式。
　　本論文主要創(chuàng)新點包括:
　　(1)通過符合人體工學(xué)的踏步式傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)安全、可靠的運動方式。從傳統(tǒng)功率車結(jié)構(gòu)來說，通常是通過曲柄做圓周運動，曲柄在圓周的上下停止點無法做功，且在上下停止點附近，實際有效分力很小，其實就是在做無用功。觀察人體騎行運動，在上止點上，人們習(xí)慣不再用力，而是等待越過上止點在猛然用力，實際上，這是一種近于

5、爆發(fā)力做功，對關(guān)節(jié)損傷較大。
　　基于以上情況，系統(tǒng)將曲柄圓周運動，改為直線往復(fù)式蹬踏運動，實驗證明，均勻的直線用力更有利于發(fā)揮人體功率潛能，快速消耗人體脂肪。
　　(2)通過主動的勵磁調(diào)節(jié)實現(xiàn)恒定功率訓(xùn)練模式。新型功率車通過PWM原理調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出負(fù)載和勵磁電流大小，實現(xiàn)系統(tǒng)阻力大小的快速調(diào)節(jié)。通過實時調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻力大小達(dá)到并保持設(shè)定的恒定功率，實現(xiàn)真正意義上的恒定功率訓(xùn)練模式。恒定功率模式的實現(xiàn)為心肺耐力測試的研究工作提供