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助力自行车力矩传感器设计和控制算法设计
| 论文题名： | 助力自行车力矩传感器设计和控制算法设计 |
| 关键词： | 电动助力自行车;力矩传感器;自适应控制;脚踏力测量;干扰观测器 |
| 摘要： | 电动助力自行车作为一种新兴的绿色交通工具，具有巨大的环保价值和广阔的市场前景。它可以实时检测骑行者的的脚踏力大小，通过智能控制器实时调整电机助力从而使骑行者获得更加舒适的骑行体验。 力矩传感器作为电动助力自行车最核心的零部件，它可以实时地检测骑行者对脚踏板施力时所产生的信号变化。目前市场上的助力自行车所使用的力矩传感器存在设计原理复杂、价格昂贵等缺点，因此本文中将基于霍尔传感器设计一款原理简单，结构紧凑，成本低廉的集成式力矩传感器，并针对助力车提出了一种坡度和载重自适应控制算法。 本人将从以下几个内容展开: 1、针对电动助力自行车，提出一种基于链条测力原理的脚踏力测量方案，并根据该原理设计了一种力矩传感器机构。在现有车辆模型基础上，确定力矩传感器各机构的安装布局方案以及参数。通过受力分析以及动力学分析运算推导出可动链轮位置与脚踏力之间一一对应的关系。 2、根据方案布局，设计一种新型的集助力电机与力矩传感器于一体的集成式力矩传感器。集成式力矩传感器主要零部件包括助力电机、减速增矩装置、助力链轮以及弹性装置，并给出了主要零部件具体的设计过程。 3、为了能够实现助力自行车在不同的载重和道路坡度上骑行时都有比较好的适应性，本文提出一种基于干扰观测器的坡度和载重自适应控制算法，通过检测速度信号和踩踏力信号，并分析相应的变化规律，实现对道路坡度和载重的估计，并实时调整电机助力，使骑行者在负重和上坡时都能使骑行体验更佳。通过仿真验证了算法的有效性，并通过改变控制参数考察性能的调整规则，最终确定控制所有参数，同时仿真结果也证明了该控制算法对不同的道路坡度和不同载重的情况下均有非常好的控制效果，在极端条件下仍具有良好的鲁棒性。 4、开发助力原理样车及实验平台，通过实验平台验证助力原理的可行性、有效性。同时增加室外实际骑行体验，验证了实验的准确性。 |
| 作者： | 张凯 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 殷德军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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