電動(dòng)伺服脊柱治療機(jī)的研制.pdf

1、本文介紹了一種采用交流伺服系統(tǒng)作為脊柱治療設(shè)備驅(qū)動(dòng)源的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，目的是通過將工業(yè)控制領(lǐng)域中的交流伺服系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到椎間盤突出癥的快速牽引治療設(shè)備中，從而避免現(xiàn)有快速牽引設(shè)備所使用的液壓系統(tǒng)存在的控制精度和快速響應(yīng)差、系統(tǒng)能量損耗大、部件使用壽命短、系統(tǒng)維護(hù)成本高以及其弊端帶來的臨床治療效果不很理想等問題。 伺服系統(tǒng)屬于自動(dòng)控制系統(tǒng)中的一種，它用來控制被控對(duì)象的轉(zhuǎn)角或位移，使其能自動(dòng)地、連續(xù)地、精確地實(shí)現(xiàn)輸入指令的變化規(guī)律。它通常

2、是具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，有的場(chǎng)合也可以用開環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)其功能。在實(shí)際應(yīng)用中一般以機(jī)械位置或角度作為控制對(duì)象的自動(dòng)控制系統(tǒng)。使用在伺服系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求具有響應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大等特點(diǎn)，該類電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)單元稱為伺服驅(qū)動(dòng)單元，一般其內(nèi)部包括轉(zhuǎn)矩(電流)、速度和/或位置閉環(huán)。其工作原理簡(jiǎn)單的說就是在開環(huán)控制的交直流電機(jī)的基礎(chǔ)上將速度和位置信號(hào)通過旋轉(zhuǎn)編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等反饋給驅(qū)動(dòng)器做閉環(huán)負(fù)反饋的PlD調(diào)節(jié)控制。再加上驅(qū)動(dòng)器

3、內(nèi)部的電流閉環(huán)，通過這3個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)，使電機(jī)的輸出對(duì)設(shè)定值追隨的準(zhǔn)確性和時(shí)間響應(yīng)特性都提高很多。伺服系統(tǒng)是個(gè)動(dòng)態(tài)的隨動(dòng)系統(tǒng)，達(dá)到的穩(wěn)態(tài)平衡也是動(dòng)態(tài)的平衡。 電動(dòng)伺服脊柱治療機(jī)采用了微型計(jì)算機(jī)和多功能數(shù)據(jù)采集卡作為控制平臺(tái)；采用伺服驅(qū)動(dòng)器控制和驅(qū)動(dòng)設(shè)備的各種動(dòng)作；采用低慣量伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)；采用脈沖計(jì)數(shù)控制方式；限位開關(guān)空間定位；距離、力量雙重指標(biāo)限定；軟件采用Visual C++編程；床體外形采用懸臂式結(jié)構(gòu)和人體工學(xué)設(shè)計(jì)。

4、 交流永磁伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能提供最高水平的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和扭矩密度。新型的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，其控制回路采用高速數(shù)字信號(hào)處理器，可以高速、高精度地完成各種復(fù)雜控制的運(yùn)算，采用強(qiáng)健性控制技術(shù)，使得伺服電機(jī)的低速特性更佳，配合增益自動(dòng)調(diào)整，指令平滑功能的設(shè)計(jì)，軟件分析與監(jiān)控，使得低慣量交流伺服電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)、高精度、高可靠的性能。本課題通過對(duì)交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用研究，率先實(shí)現(xiàn)了由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，多功能數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，交流伺

5、服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)位移和角度運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的用于椎間盤突出癥快速牽引治療的電動(dòng)伺服脊柱治療機(jī)。 在此之前，此類設(shè)備均使用液壓系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此設(shè)備性能一直受到液壓技術(shù)弊端的困擾。本設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)代微電子技術(shù)、各種功率變換元件應(yīng)用技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展，大膽的將交流伺服系統(tǒng)引入快速牽引設(shè)備之中。該設(shè)計(jì)在保證牽引、旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的速度和力量不降低的同時(shí)，又克服了液壓系統(tǒng)控制精度差、運(yùn)動(dòng)速度和力量不能恒定的弊端，使快速牽引設(shè)備在機(jī)電工程技