新型功率車的恒功率控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著現代經濟的快速發(fā)展和人民生活質量的較大提升，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備正在日益廣泛地走進人們的生活，傳統(tǒng)功率車存在功能單一以及恒定功率模式訓練時系統(tǒng)阻尼不能隨著運動進行適應性的調節(jié)等問題。
　　本文針對目前市場室內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行訓練，能夠很好地滿足在家庭、健身房等室內場所中進行的有氧健身運動需求。本文主要研究的內容包括:
　　(1)整機機械結構的設計。從結構可靠性、動力性能以及操控性等方面出發(fā)，合理選擇材質，優(yōu)化機構布局等，應用人體工學原理設計出符合人體形態(tài)的功率車結構模型，并進行了實驗論證和實現。
　　(2)智能功率車硬件電路設計與實現。包括腳蹬踏板壓力測

3、量單元、蹬踏速度信號采集單元、數據處理單元、通信單元（有線通信單元和無線通信單元）、勵磁控制和負載控制單元、發(fā)電機輸出頻率測量單元以及發(fā)電機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)。設計了友好的人機交互界面，其中上位機軟件和下位機軟件通過一定的協議進行數據通信，實現了很好的人機交互，并在計算機中進行測試數據的存儲。
　　(4)研究構建恒定功率訓練模型。在設定固定的期望功率值后，系統(tǒng)通過前饋PID算法實時

4、調節(jié)系統(tǒng)阻力，使得訓練者在運動過程中始終達到并保持恒定功率值，從而實現了恒定功率訓練模式。
　　本論文主要創(chuàng)新點包括:
　　(1)通過符合人體工學的踏步式傳動機構設計實現安全、可靠的運動方式。從傳統(tǒng)功率車結構來說，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)通過主動的勵磁調節(jié)實現恒定功率訓練模式。新型功率車通過PWM原理調節(jié)發(fā)電機輸出負載和勵磁電流大小，實現系統(tǒng)阻力大小的快速調節(jié)。通過實時調節(jié)系統(tǒng)阻力大小達到并保持設定的恒定功率，實現真正意義上的恒定功率訓練模式。恒定功率模式的實現為心肺耐力測試的研究工作提供