機(jī)械外骨骼混合動(dòng)力系統(tǒng)特性研究.pdf

1、基于煤礦工作環(huán)境的惡劣條件，個(gè)體環(huán)境控制系統(tǒng)的核心難點(diǎn)是人體承重能力與環(huán)控系統(tǒng)重量之間的矛盾，而機(jī)械外骨骼是突破這一矛盾的有效途徑。同時(shí)，機(jī)械外骨骼的研究難點(diǎn)又在于其動(dòng)力系統(tǒng)的研究。目前國(guó)內(nèi)外機(jī)械外骨骼的動(dòng)力系統(tǒng)主要以蓄電池供電，但其移動(dòng)范圍和負(fù)重重量受到蓄電池的容量和效率的限制。因此，如何配備持久高效的動(dòng)力系統(tǒng)是急需解決的問題。針對(duì)以上問題，本文提出采用混合動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源的長(zhǎng)期高效供給，滿足機(jī)械外骨骼長(zhǎng)距離、高負(fù)重、頻繁啟停運(yùn)動(dòng)的供

2、能需求。
　　首先，本文利用臨床醫(yī)學(xué)步態(tài)分析數(shù)據(jù)（CGA）進(jìn)行人體步態(tài)分析，計(jì)算出機(jī)械外骨骼運(yùn)動(dòng)時(shí)踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)能量需求，以及整體運(yùn)動(dòng)能量需求，為混合動(dòng)力系統(tǒng)的建立提供動(dòng)力性指標(biāo)。
　　然后，通過動(dòng)力系統(tǒng)方案對(duì)比，確定了機(jī)械外骨骼混合動(dòng)力系統(tǒng)采用并聯(lián)式布置，并且進(jìn)行了耦合部件混合動(dòng)力變送器的設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)中所需設(shè)備進(jìn)行參數(shù)匹配設(shè)計(jì)，從而建立起機(jī)械外骨骼混合動(dòng)力系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)，并對(duì)其動(dòng)力性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
　　接著

3、，采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建模法，在Matlab/Simulink環(huán)境中建立機(jī)械外骨骼混合動(dòng)力系統(tǒng)仿真模型，并分別對(duì)電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)三種工作模式進(jìn)行仿真研究。最后將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，修正仿真模型，驗(yàn)證仿真模型的正確性。
　　最后，為了優(yōu)化混合動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用仿真實(shí)驗(yàn)和曲線擬合的優(yōu)化方法，確定動(dòng)力系統(tǒng)的核心參數(shù)，即電機(jī)功率與發(fā)動(dòng)機(jī)功率的最佳混合度為1:3。同時(shí)制定混合動(dòng)力系統(tǒng)采用電力輔助控制策略，確定了使發(fā)動(dòng)機(jī)工作