脊柱減壓設(shè)備伺服控制系統(tǒng)研究.pdf

1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyofservocontrolsystemofthespinaldecompressionequipmentByYufengHuangSul：ViceProfZhihLiubupervlsor：Vice1rotZhihuaLiuMechanicalManufacturingandAutomationSchoolofM

2、echanicalEngineeringMay，2014摘要摘要脊柱疾病是常見的外科疾病。近年來，隨著對生物力學(xué)研究的深入，脊柱減壓治療椎間盤突出癥的方法得到了不斷的發(fā)展。本文以理論和實驗為基礎(chǔ)，對脊柱減壓伺服控制系統(tǒng)和控制算法等方面進行了深入研究。本文首先闡述了腰椎間盤突出癥的病理，歸納總結(jié)了國內(nèi)外牽引設(shè)備控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，介紹了脊柱減壓治療的原理，并設(shè)計了一種新型的脊柱減壓牽引伺服控制系統(tǒng)，然后給出了其整體結(jié)構(gòu)和工作原理，重點研究

3、了該系統(tǒng)的性能及相關(guān)控制算法。在牽引治療過程中，牽引力的穩(wěn)定控制是保證牽引效果的關(guān)鍵技術(shù)之一。本研究設(shè)計了以計算機和運動控制卡為控制器，以力傳感器為檢測元件，以交流伺服電機為執(zhí)行元件的牽引力控制系統(tǒng)，并進行了相關(guān)研究。通過建立驅(qū)動器、交流伺服電機、減速器和人體腰椎的數(shù)學(xué)模型，進而建立了牽引力伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。并以MATLAB軟件下的SIMULINK為平臺，利用常規(guī)PID控制算法對脊柱減壓伺服控制系統(tǒng)進行了仿真研究，確定了病人體重、

4、牽引角度和病人的干擾為影響牽引力控制效果的主要因素。針對這些影響因素，提出了具有自適應(yīng)能力的PID神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)牽引控制算法，并對該算法進行了深入分析。最后對牽引力伺服控制系統(tǒng)和控制算法進行了實驗研究，對比了常規(guī)PID控制算法和PID神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制算法對牽引力的控制效果。結(jié)果表明，PID神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制算法對牽引力的控制精度、抗干擾能力和適應(yīng)參數(shù)變化的能力都優(yōu)于常規(guī)PID控制算法，達到了較好的控制效果，進而證明了該伺服控制系統(tǒng)和控制算法的正確