پروژه طراحی و ساخت صندلی چرخدار الکتریکی
چکیده
صندلی چرخدار الکتریکی وسیله مناسبی برای کمک به افرادی است که از ناتواناییهای حاد حرکتی رنج می برند و به آنها تا حد زیادی استقلال می دهد. در این پروژه یک صندلی چرخدار با نیروی رانش الکتریکی که کاربر توسط جوی استیک آنرا هدایت می کند، ساخته شد. با بررسی های مختلف خواهیم دید که موتور مناسب برای این منظور، موتور DC مغناطیس دائم است که به منظور استفاده در صندلی چرخدار الکتریکی طراحی شده است. منبع انرژی دو عدد باتری سرب- اسید 12 V, 60 Ah انتخاب شد و مدار تحریک موتور برشگر PWM می باشد که در آن عمل برشگری توسط ماسفت انجام می گیرد. برای کنترل سیستم ابتدا پایداری دینامیک ثابت آنرا با استفاده از ماتریسهای تبدیل دوران، در حالت کلی بررسی کرده و سپس یک مدار خطی از مجموعه را در نظر گرفتن پارامترهای شخص راننده ارائه کردیم. با وجود همه ساده سازیهای ممکن خواهیم دید که مدل به دست آمده از پیچیدگی زیادی برخوردار است و برای کنترل حلقه بسته آن باید از روشهای پیشرفته کنترل وفقی مبتنی بر شبکه های عصبی و منطق فازی استفاده کرد. در صورت عدم استفاده از کنترل حلقه، بسته، هدایت صندلی در محیطهایی با موانع زیاد، با دشواری همراه خواهد بود.
فصل چهارم در مورد کنترل صندلی چرخدار الکتریکی می باشد. در ابتدا پروتکل حرکت صندلی بر اساس حرکت جوی استیک بیان شده و سپس روابطی که با استفاده از آن می توان سرعت خطی و سرعت زاویه ای صندلی را بر حسب دور موتورها بدست آورد، معرفی شده اند. در ادامه دینامیک ثابت [1] صندلی چرخدار الکتریکی مورد بررسی قرار گرفته است و حداکثر سرعت خطی صندلی چرخدار برای آنکه پایداری آن حول محور x (راستای حرکت) حفظ شود، بدست آمده است. این بررسی در حالت کلی است و با استفاده از ماتریسهای دوران، شیب مسیر در جهت های مختلف را در نظر می گیرد. در ادامه این فصل، با کوچک فرض کردن تغییرات، یک مدل خطی از سیستم صندلی چرخدار الکتریکی با در نظر گرفتن هدایت انسان، ارائه می کنیم. در این سیستم خطی، ورودی، مسیر دلخواه شخص و خروجی، نوسانات مجموعه حول محور x (راستای حرکت) می باشد. همانطور که خواهیم دید این سیستم پیچیدگی زیادی خواهد داشت؛ بنابراین در صندلیهای پیشرفته جدید، کنترل کننده های وفقی [2]که با استفاده از شبکه های عصلی و منطق فازی طراحی می شوند، کاربرد فراوان دارند. در پایان فصل در مورد سازگاری الکترومغناطیسی [3] و استانداردهای مربوط به صندلی چرخدار الکتریکی در این زمینه، توضیحاتی آورده شده است.
در فصل پنجم طراحی قسمتهای مختلف توضیح داده شده است. طراحی مدار برشگر PWM و بخش مهمی از این فصل را تشکیل می دهد. مدار برشگر شامل مولد سیگنال PWM و اعمال آن به ماسفتها می باشد. انتخاب فرکانس برشگری بسیار مهم است چرا که پایین بودن فرکانس، باعث افزایش تلفات در موتور می شود. با استخراج پارامترهای موتور توسط آزمایشهای مختلف و سپس مدل کردن موتور توسط Pspice فرکانس برشگری با دقت مناسب، 25 Hz انتخاب شده است. ماسفت اگرچه در حالت پایدار جریانی از گیت نمی کشد، ولی در هنگام روشن و خاموش شدن سریع، جریان قابل ملاحظه ای باید به گیت تزریق و یا از آن کشیده شود. نحوه طراحی مداری برای تأمین این جریانهای لحظه ای، توضیح داده شده است. مجموعه مدار تحریک را می توان به صورت آنالوگ یا دیجیتال و یا ترکیبی از آنالوگ و دیجیتال پیاده سازی نمود. در قسمت برشگر PWM به علت بالا بودن فرکانس برشگری و در مقابل پایین بودن سرعت میکروکنترلرهای معمولی استفاده از مدار آنالوگ مناسب تر است؛ ولی تشخصی فرمان جوی استیک و تصمیم درمورد سرعت و جهت حرکت هر یک از موتورها را می توان توسط مدارهای آنالوگ و یا دیجیتال طراحی نمود که هر یک از این دو مدار مزایا و معایبی دارند که توضیج داده خواهند شد. برای تولید سیگنال PWM از تراشهTL 949 استفاده شده است. این تراشه در ساخت منابع تغذیه سوئیچنگ کاربرد فراوان دارد
[1] - Fixed dinamic
[2] - Adaptive Controllers
[3] - Electromagnatic Compatibility
| عنوان |
فصل اول- مقدمه |
فصل دوم- بررسی صندلی چرخدار |
| مقدمه |
| 1-2- اجزاء صندلی چرخدار |
| 1-1-2- سیستم رانش |
| 3-1-2- چرخها |
| 4-1-2- اسکلت بندی |
| 2-2- انواع صندلی چرخدار |
| 3-2- ابعاد استاندارد صندلی چرخدار |
| 4-2-پارامترهای مهم در انتخاب صندلی چرخدار |
| 5-2-نکات مهم در انتخاب صندلی چرخدار |
| 6-2-مشخصات صندلی چرخدار الکتریکی |
| 1-6-2-روشهای هدایت صندلی چرخدار الکتریکی |
| 2-6-2-روشهای هدایت صندلی چرخدار الکتریکی |
| 7-2-موارد استفاده از صندلی چرخدار |
| 8-2-موارد عدم استفاده از صندلی چرخدار |
| خلاصه |
| فصل سوم- انتخاب ادوات مورد نیاز |
| مقدمه |
| 1-3-صندلی چرخدار |
| 2-3- موتور الکتریکی |
| 1-2-3-باتریک نیکل- کادمیوم |
| 2-3-3- باتری سرب- اسید |
| 4-3- مدار کنترل سرعت |
| 5-3- انتخاب المال سوئیچ |
| 6-3- انتخاب وسیله هدایت |
| خلاصه |
فصل چهارم- طراحی کنترل کننده |
| مقدمه |
| 1-4- پروتکل هدایت صندلی بر اساس حرکت صندلی چرخدار |
| 2-4- رابطه بین سرعت خط |
| 3-4- بررسی دینامیک ثابت صندلی چرخدار |
| 4-4- بررسی کنترل حلقه بسته |
| 4-5- روشهای کنترل صندلی چرخدار الکتریکی |
| 1-5-4- کنترل کننده های قابل تنظیم |
| 2-5-4- کنترل با سنسورها یا همکار |
| 3-5-4- کنترل تحمل پذیر خطا |
| 6-4- سازگاری الکترومغناطیسی |
فصل پنچم |
| مقدمه |
| روشهای ساخت مدار |
| 1-5-پیاده سازی به روش آنالوگ |
| 1-1-5- کنترل کننده PWM |
| 2-1-5- محاسبه جریان گیت ماسفت |
| 3-1-5- انتخاب فرکانس برشگری |
| 4-1-5- استخراج پارامترهای موتور ANCN7152 |
| 5-1-5- ساختن ولتاژ منفی از ولتاژ مثبت |
| 2-5- پیاده سازی به روش دیجیتال |
| 1-2-5- روشهای سنجش شارژ باتری |
| 2-2-5- ساخت منبع تغذیه منفی |
| خلاصه |
فصل ششم- نتایج آزمایشات |
| فصل هفتم- نتیجه گیری و پیشنهاداتی برای ادامه کار |
| مراجع |
| ضمیمه (1)- نرم افزار هدایت صندلی چرخدار |
| ضمیمه (2)- برنامه ثبت و تحلیل داده ها برای تعیین |
| ضمیمه (3)- گاتالوگ موتور ANCN7152 |
| ضمیمه (4)- گاتالوگهای 8951 و TL494 |