機械外骨骼混合動力系統(tǒng)特性研究.pdf

1、基于煤礦工作環(huán)境的惡劣條件，個體環(huán)境控制系統(tǒng)的核心難點是人體承重能力與環(huán)控系統(tǒng)重量之間的矛盾，而機械外骨骼是突破這一矛盾的有效途徑。同時，機械外骨骼的研究難點又在于其動力系統(tǒng)的研究。目前國內(nèi)外機械外骨骼的動力系統(tǒng)主要以蓄電池供電，但其移動范圍和負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力系統(tǒng)是急需解決的問題。針對以上問題，本文提出采用混合動力系統(tǒng)實現(xiàn)能源的長期高效供給，滿足機械外骨骼長距離、高負重、頻繁啟停運動的供

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）進行人體步態(tài)分析，計算出機械外骨骼運動時踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)能量需求，以及整體運動能量需求，為混合動力系統(tǒng)的建立提供動力性指標。
　　然后，通過動力系統(tǒng)方案對比，確定了機械外骨骼混合動力系統(tǒng)采用并聯(lián)式布置，并且進行了耦合部件混合動力變送器的設(shè)計，同時對系統(tǒng)中所需設(shè)備進行參數(shù)匹配設(shè)計，從而建立起機械外骨骼混合動力系統(tǒng)試驗臺，并對其動力性能進行實驗研究。
　　接著

3、，采用實驗數(shù)據(jù)建模法，在Matlab/Simulink環(huán)境中建立機械外骨骼混合動力系統(tǒng)仿真模型，并分別對電動機、發(fā)動機、混合動力驅(qū)動三種工作模式進行仿真研究。最后將仿真結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比分析，修正仿真模型，驗證仿真模型的正確性。
　　最后，為了優(yōu)化混合動力系統(tǒng)的設(shè)計，利用仿真實驗和曲線擬合的優(yōu)化方法，確定動力系統(tǒng)的核心參數(shù)，即電機功率與發(fā)動機功率的最佳混合度為1:3。同時制定混合動力系統(tǒng)采用電力輔助控制策略，確定了使發(fā)動機工作