[发明专利]一种基于能量回馈的康复运动器材控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种基于能量回馈的康复运动器材控制系统，其特征在于：包括伺服电机(1)和能量回馈模块(2)，所述伺服电机(1)与康复运动器材相连并设置有主动模式和被动模式；

在主动模式下，所述伺服电机(1)将来自所述康复运动器材的机械能和动能转化为电能，并通过所述能量回馈模块(2)处理后送入电网电力系统中；

在被动模式下，所述伺服电机(1)利用电网电力系统中的电能，并在控制电路的控制下，给所述康复运动器材提供可变负载。

2.根据权利要求1所述的基于能量回馈的康复运动器材控制系统，其特征在于：所述能量回馈模块(2)中设置有PWM逆变控制模块和PWM整流回馈控制模块，所述控制电路中设置有第一IPM智能功率模块(3)和第二IPM智能功率模块(4)，在所述第一IPM智能功率模块(3)与电网之间设置有电抗器(5)，在第一IPM智能功率模块(3)和第二IPM智能功率模块(4)之间设置有滤波电容器(6)，所述PWM整流回馈控制模块采集所述电抗器(5)的输入输出参数并控制所述第一IPM智能功率模块(3)工作，所述PWM逆变控制模块采集所述伺服电机(1)的输入输出参数并控制所述第二IPM智能功率模块(4)工作。

3.根据权利要求2所述的基于能量回馈的康复运动器材控制系统，其特征在于：所述PWM整流回馈控制模块包括电压环、第一电流环、相序检测及PLL电路、第一积分器和耦合驱动电路；

所述电压环的一个输入端与所述电抗器(5)的输出端连接，用于获取母线电压Vd；电压环的另一输入端与所述第一电流环相连，用于获取内部母线电压基准值Vd^*；电压环将两个输入端电压进行比较得到误差电压Ud；

所述第一电流环用于检测母线电流id并得到误差电压Ud^*；

所述耦合驱动电路将Ud、Ud^*进行PARK逆变换和空间矢量调制，最后传送到第一IPM智能功率模块(3)，实现整流和能量回馈；

所述相序检测及PLL电路采集的参数经第一积分器积分得到输入交流电源的相位角β，用于向所述耦合驱动电路提供相位角。

4.根据权利要求2所述的基于能量回馈的康复运动器材控制系统，其特征在于：所述PWM逆变控制模块包括速度环、第二电流环、第二积分器和解耦驱动电路，其中：

速度环：通过速度传感器检测伺服电机转速n，结合预设的基准转速n*由比较器进行计算得到差值电压Un；

第二电流环：用于检测伺服电机的三相输入电流并分别记为iu、iv、iw；

解耦驱动电路：将iu、iv、iw分别送入三个比较器，和预设基准电流id^*比较，然后分别送入运算器进行计算得到差值电压Uu、Uv和Uw，该解耦驱动电路再将Un、Uu、Uv以及Uw进行PARK逆变换和空间矢量调制，最后传送到所述第二IPM智能功率模块(4)，实现逆变和能量回馈；

所述第二积分器输入端获取V相电压，经积分得到伺服电机的相位角δ，作为解耦驱动电路电相位角。

5.一种基于能量回馈的康复运动器材控制方法，其特征在于：通过在伺服电机(1)的输出端连接能量回馈模块(2)，当储存在伺服电机(1)中的能量高于设定阀值时，多余的能量经过所述能量回馈模块(2)回馈到电网电力系统中。

6.根据权利要求5所述的基于能量回馈的康复运动器材控制方法，其特征在于：所述伺服电机(1)在控制电路的控制下具有主动模式和被动模式；

在所述主动模式状态下，康复患者通过所述控制电路选择不同阻力模式，控制电路输出不同的电流及电压给所述伺服电机，实现负载可调；在健身康复患者在锻炼时，通过所述康复运动器材对所述伺服电机做功，所述伺服电机进入发电状态，通过所述控制电路处理后将电能送入电网电力系统中；

在所述被动模式状态下，所述伺服电机将作为电动机使用，健身康复患者通过所述控制电路选择不同的锻炼负载，使得伺服电机产生不同的扭矩，配合康复患者的锻炼。