目是构建以人体下肢为被控对象蹬车运动恒功率控制系统。这系统能够针对不同患者不同身体状态调整训练量，有很强适应性，此外系统还能够提供患者在训练中功率输出具体数据，对训练过程中患者生理改善定量分析提供了很大便利。本课题是进行系统研究前提和基础，有着很大现实意义。据最新全国残疾人抽样调查报告统计我国是残疾人数量最多国家。全哈尔滨工业大学工学硕士学位论文国各类残疾人多万，其中肢体残疾者万人，由脑血管疾病引起偏瘫万人，由脊髓损伤引起各类截瘫患者万人。这些截瘫病人健康状况不容乐观。因为截瘫带来不仅仅是运动功能丧失，随之而来心肺功能减弱骨质疏松和骨骼肌萎缩等严重并发症不容忽视，还有就是患者心灵创伤，所有这些危害不亚于身体残疾带来痛苦。在个构建和谐社会时代，对这弱势群体关注，为改善他们生活水平作些实际工作有着很好社会意义。此外，进入二十世纪，随着科技和经济不断进步哈尔滨工业大学工学硕士学位论文,哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要第章绪论课题背景及目意义国内外研究现状综述简介国内外分析刺激环路研究现状主要研究内容第章刺激模式设计骨骼肌生理知识简介蹬踏运动运动学及动力学模型蹬踏运动运动学模型蹬踏运动动力学模型实验室实际模型脚踏车运动中肌肉动力学模型肌肉生物力学模型肌肉力矩传递模型肌肉生理能量消耗模型刺激模式获得以及优化程序编写静态刺激模式设计动态刺激模式设计本章小结第章人机模型建立人机模型建立方法及步骤辨识目与先验知识实验设计总体原则输入信号选取哈尔滨工业大学工学硕士学位论文采样周期长短选取实验设备介绍实验模块编写系统模型辨识模型辨识方法实验及结果分析本章小结第章控制器设计及其实验研究原始系统性能分析控制器设计反馈矩阵设计状态观测器极点设计控制器模块编写及仿真恒功率控制系统实验及结果分析控制器设计程序化本章小结结论参考文献附录攻读学位期间发表学术论文哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理致谢个人简历哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第章绪论课题背景及目意义功能性电刺激疗法是使用低频电流刺激失去神经控制肌肉，使其收缩，以替代或矫正器官及肢体丧失功能，该方法是等在年发明。他们用脚踏开关控制电流刺激腓神经支配肌肉，产生踝关节背屈，以帮助患者行走，当时称为功能性电疗法，年才正式定名为。功能性电刺激作为康复医疗领域中个新兴研究热点，近年来已经受到各国医疗工作者广泛重视，临床而言，心脏起搏器是个很典型例子。目前国际上有许多医疗机构和组织专门从事相关研究，目是实现针对各种瘫痪病人临床应用。医学已经证实如果对患者进行功能性电刺激康复治疗，有助于神经系统建立正确兴奋痕迹。这种兴奋痕迹建立对肌体改善起永久效应，能够改善和恢复患者运动功能，同时对患者心理状态新陈代谢及免疫机制等具有重大影响。下肢作为人体重要组成部分，是脊髓损伤患者共同瘫痪部位，因此对下肢肌肉电刺激治疗有普遍性，同时下肢大块肌肉群存在，让治疗在循环系统呼吸系统康复训练中拥有更好效果。功能性电刺激脚踏车系统属于下肢功能重建系统种。在这个系统中，截瘫患者可以通过有顺序刺激控制膝关节和髋关节大肌肉群来实现下肢周期性运动。大量研究结果表明脚踏车训练可以明显改善脊髓损伤患者健康状况，它能增强肌肉强度和耐力，改善心肺功能以及其他医疗效果。而且与具体站立行走系统相比，通过刺激腿部肌肉实现脚踏车运动易于实现，作为种代步工具比其他各种针对下肢临床系统更加可靠。功能性电刺激脚踏车系统是以人体下肢训练作为患者康复手段，刺激环作为组成部分，目是构建以人体下肢为被控对象蹬车运动恒功率控制系统。这系统能够针对不同患者不同身体状态调整训练量，有很强适应性，此外系统还能够提供患者在训练中功率输出具体数据，对训练过程中患者生理改善定量分析提供了很大便利。本课题是进行系统研究前提和基础，有着很大现实意义。据最新全国残疾人抽样调查报告统计我国是残疾人数量最多国家。全哈尔滨工业大学工学硕士学位论文国各类残疾人多万，其中肢体残疾者万人，由脑血管疾病引起偏瘫万人，由脊髓损伤引起各类截瘫患者万人。这些截瘫病人健康状况不容乐观。因为截瘫带来不仅仅是运动功能丧失，随之而来心肺功能减弱骨质疏松和骨骼肌萎缩等严重并发症不容忽视，还有就是患者心灵创伤，所有这些危害不亚于身体残疾带来痛苦。在个构建和谐社会时代，对这弱势群体关注，为改善他们生活水平作些实际工作有着很好社会意义。此外，进入二十世纪，随着科技和经济不断进步,薛定宇,陈阳泉基于系统仿真技术与应用,清华大学出版社沈强,蒋大宗神经纤维电刺激非线性模型研究中国生物医学工程学报,李言俊,张科系统辨识理论及应用,国防工业出版社,刘延柱高等动力学高等教育出版社,,哈尔滨工业大学工学硕士学位论文赵正敏,任贵勇系统辨识相关分析种改进控制理论与应用李玲,韩继勇利用伪随机信号系统辨识钻柱系统西南石油学院学报,李伟恒,张琛微型电动机参数辨识微特电机,李冬伟,白鸿伯,齐晓慧机械振动结构建模及模态参数识别机械科学与技术,曹菁,朱纪红基于零极点配置伺服控制器设计电气传动,成红英,刘超英域极点位置与时域响应关系实验研究内蒙古师大学报,自然科学版,李芬华主导极点与偶极子关系河北大学学报,自然科学版,徐湘元跟踪系统设计与讨论广东工学院学报,李宜达控制系统设计与仿真清华大学出版社陈侃松,何翔运用语言进行控制系统极点配置方法中南民族学院学报,自然科学版,哈尔滨工业大学工学硕士学位论文附录仿真模块库哈尔滨工业大学工学硕士学位论文攻读学位期间发表学术论文姜洪源,魏伟,廖志伟脚踏车座椅减振优化设计医疗装备杂志,姜洪源,廖志伟,魏伟功能性电刺激脚踏车在康复医疗中研究和应用中国临床康复,姜洪源,魏伟,马长波基于训练刺激模式设计及研究中国康复医学已投递。图书分类号工学硕士学位论文脚踏车恒功率刺激环设计及研究硕士研究生魏伟导师姜洪源教授申请学位级别工学硕士学科专业机械设计及理论所在单位机电工程学院答辩日期年月授予学位单位哈尔滨工业大学,哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要利用功能性电刺激技术康复截瘫患者肢体运动功能是机械控制及临床康复交叉领域前沿课题，功能性电刺激脚踏车训练系统作为近年新兴起种康复技术，不仅有利于改善患者心肺功能增强肌肉强度恢复部分运动机能，而且有利于帮助患者建立自信，重返社会，其良好康复效果已为大量实验所证明。本文以前期研究成果为基础，对构建功能性电刺激恒功率刺激环相关技术进行了深入研究，研究结果表明，电刺激恒功率刺激环控制系统与速度控制为目标系统相比，具有更高稳定性，使患者训练量更易于调节，有更广泛适应人群。本文详细综述了功能性电刺激脚踏车系统研究领域国内外研究状况，以实验室已有研究成果为基础，开展了脚踏车刺激环设计及研究。首先，结合脚踏车系统机械运动装置特点，用杆件运动分析方法，建立了蹬踏运动运动学和动力学模型。同时结合人体生理特征，使用肌肉动力学模型和能量消耗模型，以运动平均效率最高为目标函数进行优化设计，实现刺激模式不仅能协调蹬踏运动中肌肉收缩，而且能够确保训练高效率良好效果。其次，分析被控对象特性，进行辨识实验设计，并用编写出了相关控制模块。采集实验数据，以为模型类进行辨识，获取了蹬踏运动时，以脉冲宽度为输入曲柄处功率为输出人机模型。最后，用极点配置方法完成了控制器设计工作，并进行了控制系统仿真及实验研究。结果表明所设计控制系统阶跃响应性能良好，并有较好跟踪性能，能够满足训练者运动定量控制要求。本课题实现了对患者腿部输出恒功率控制。以运动效率最大为目标刺激模式，能延长患者训练时间，增强康复训练效果与已有系统比较，本文所设计系统适应人群更广，易于检验康复训练效果。课题中对刺激模式人机对象模型及控制器相关研究为后续脚踏车系统进步深入研究奠定了基础。本论文研究内容是国家自然科学基金资助项目“功能性电刺激康复截瘫患者肢体运动功能基础理论及实现技术研究”项目号部分。关键词功能性电刺激脚踏车刺激模式系统辨识极点配置哈尔滨工业大学工学硕士学位论文,哈尔滨工业大学工学硕士学位论文,哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要第章绪论课题背景及目意义国内外研究现状综述简介国内外分析刺激环路研究现状主要研究内容第章刺激模式设计骨骼肌生理知识简介蹬踏运动运动学及动力学模型蹬踏运动运动学模型蹬踏运动动力学模型实验室实际模型脚踏车运动中肌肉动力学模型肌肉生物力学模型肌肉力矩传递模型肌肉生理能量消耗模型刺激模式获得以及优化程序编写静态刺激模式设计动态刺激模式设计本章小结第章人机模型建立人机模型建立方法及步骤辨识目与先验知识实验设计总体原则输入信号选取哈尔滨工业大学工学硕士学位论文采样周期长短选取实验设备介绍实验模块编写系统模型辨识模型辨识方法实验及结果分析本章小结第章控制器设计及其实验研究原始系统性能分析控制器设计反馈矩阵设计状态观测器极点设计控制器模块编写及仿真恒功率控制系统实验及结果分析控制器设计程序化本章小结结论参考文献附录攻读学位期间发表学术论文哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理致谢个人简历哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第章绪论课题背景及目意义功能性电刺激疗法是使用低频电流刺激失去神经控制肌肉，使其收缩，以替代或矫正器官及肢体丧失功能，该方法是等在年发明。他们用脚踏开关控制电流刺激腓神经支配肌肉，产生踝关节背屈，以帮助患者行走，当时称为功能性电疗法，年才正式定名为。功能性电刺激作为康复医疗领域中个新兴研图书分类号工学硕士学位论文脚踏车恒功率刺激环设计及研究硕士研究生魏伟导师姜洪源教授申请学位级别工学硕士学科专业机械设计及理论所在单位机电工程学院答辩日期年月授予学位单位哈尔滨工业大学