本文關鍵詞：頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)的控制策略研究

  更多相關文章： 頸椎牽引 頸椎支撐氣缸 氣動系統(tǒng) 數(shù)學模型 模糊PID控制

【摘要】：頸椎綜合征一直以來都是長期困擾中老年人群的病癥,發(fā)病率久高不下,但近年來隨著智能手機和平板電腦的普及,患病人群的年齡逐年下探,甚至有兒童患有頸椎綜合征的臨床病例。作為治療頸椎綜合征的有效手段之一,頸椎牽引療法被患者廣泛接受和認可,但現(xiàn)有的頸椎牽引設備都有著明顯的缺陷。本文將氣動技術與頸椎牽引相結合,以頸椎牽引床的關鍵組成部分——頸椎支撐氣缸作為主要研究對象,該頸椎支撐氣缸組件以多點成形技術的設備結構為靈感,由六個相同規(guī)格獨立運動的單桿氣缸組成,根據(jù)人體頸部生理曲線和頸椎骨的大小排列布置,主要用于支撐人體的C3-C5頸椎骨。目的是通過控制頸椎支撐氣缸的支撐位置構建不同的頸椎生理曲度平面,來適應和調整不同患者的頸椎生理曲度,初步實現(xiàn)受損頸椎基本康復治療的功能。首先,根據(jù)人體頸椎的生理結構特點,利用三維設計軟件繪制了臥式頸椎牽引床的整體設計以及頸椎支撐氣缸的結構設計,并解釋說明了功能和操作模式,以及本研究選用的頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)的工作原理。然后,本文詳細介紹了頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)數(shù)學模型的推導過程,建立了頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)的非線性數(shù)學模型。根據(jù)氣動控制系統(tǒng)的特點選擇了模糊PID控制作為頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)的控制策略,設計了模糊控制器,并且加入了壓力-位移的聯(lián)合控制來確保本研究作為頸椎牽引醫(yī)療器械應用時的安全性和可靠性。最后,利用MATLAB/Simulink對頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)的控制策略進行了仿真和分析。三種信號的仿真曲線對比顯示,本研究制定的模糊PID控制策略能夠達到對頸椎支撐氣缸的預期控制效果。另外根據(jù)頸椎支撐氣缸的控制策略進行了硬件的選擇。本研究對氣動位置控制技術在醫(yī)療器械領域的應用提供了相關理論依據(jù),對促進氣動技術與頸椎牽引療法的結合和臥式頸椎牽引床等醫(yī)療器械行業(yè)的發(fā)展具有一定的理論和實際價值。
【關鍵詞】：頸椎牽引 頸椎支撐氣缸 氣動系統(tǒng) 數(shù)學模型 模糊PID控制
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TH789;TH138
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究背景11-13
• 1.2 課題研究的意義13-14
• 1.3 國內外發(fā)展現(xiàn)狀14-19
• 1.3.1 頸椎牽引療法的國內外發(fā)展現(xiàn)狀14-17
• 1.3.2 頸椎牽引器械的國內外發(fā)展現(xiàn)狀17-19
• 1.4 本論文的主要內容19-20
• 1.5 本章小結20-21
• 第2章 頸椎支撐氣缸結構和功能及氣動系統(tǒng)理論分析21-35
• 2.1 結構和功能21-25
• 2.1.1 臥式頸椎牽引床的總體介紹21-22
• 2.1.2 頸椎支撐氣缸結構設計22-24
• 2.1.3 功能與操作模式24-25
• 2.2 頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)設計25-27
• 2.3 氣缸爬行理論分析27-33
• 2.3.1 單桿雙作用氣缸爬行的機理27-28
• 2.3.2 氣缸最小無爬行速度的推導28-33
• 2.4 氣缸輸出力理論分析33-34
• 2.5 本章小結34-35
• 第3章 頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)的數(shù)學模型推導35-51
• 3.1 前言35
• 3.2 氣動系統(tǒng)數(shù)學模型的推導35-48
• 3.2.1 比例閥的流量連續(xù)性方程36-39
• 3.2.2 比例閥的閥口流量方程39-40
• 3.2.3 氣缸兩腔的壓力微分方程40-41
• 3.2.4 單自由度氣缸活塞的力平衡方程41-42
• 3.2.5 系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)42-43
• 3.2.6 比例閥的數(shù)學模型43-46
• 3.2.7 氣動系統(tǒng)的總模型46-48
• 3.3 頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)的數(shù)學模型48-49
• 3.4 本章小結49-51
• 第4章 頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)的控制策略研究51-67
• 4.1 前言51
• 4.2 控制策略的設計原則51-52
• 4.3 頸椎支撐氣缸系統(tǒng)的模糊PID控制52-53
• 4.3.1 頸椎支撐氣缸的模糊控制52
• 4.3.2 頸椎支撐氣缸的模糊PID控制52-53
• 4.4 頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)的模糊控制器設計53-62
• 4.4.1 模糊控制器的結構設計53-54
• 4.4.2 精確量的模糊化54-55
• 4.4.3 隸屬度函數(shù)55-58
• 4.4.4 模糊控制規(guī)則表58-61
• 4.4.5 模糊判決61-62
• 4.5 基于壓力-位置反饋的聯(lián)合控制系統(tǒng)62-65
• 4.6 本章小結65-67
• 第5章 頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)的仿真分析及硬件選擇67-81
• 5.1 仿真分析67-76
• 5.1.1 頸椎支撐氣缸的PID仿真分析67-70
• 5.1.2 頸椎支撐氣缸的模糊PID仿真分析70-76
• 5.2 頸椎支撐氣缸氣動系統(tǒng)的硬件選擇和設計76-80
• 5.2.1 硬件選擇和設計原則76-77
• 5.2.2 硬件具體設計77-80
• 5.3 本章小結80-81
• 第6章 結論及展望81-83
• 6.1 結論81-82
• 6.2 展望82-83
• 參考文獻83-89
• 在學期間取得的學術成果89-91
• 致謝91

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