Wie erzeugt man einen elektronisch steuerbaren Widerstand gegen eine körperliche Bewegung?

Ein Permanentmagnet -Gleichstromgenerator (oder ein Generator mit konstanter Felderregung) kann als Spannungsquelle modelliert werden, die proportional zur Geschwindigkeit (Winkelgeschwindigkeit im Fall eines Rotationsgenerators) in Reihe mit einem gewissen Spulenwiderstand ist.

Da die viskose Dämpfung eine Kraft proportional zur Geschwindigkeit erfordert, erzeugt ein einfaches Laden des Ausgangs des Generators mit einem variablen Widerstand RL einen variablen Dämpfungsfaktor proportional zu RL + RG (wobei RG der Wicklungswiderstand ist). Wir wollen, dass das Drehmoment -c ist$v$Wo$v$ist die Motordrehzahl, um eine viskose Dämpfung zu simulieren, also in diesem Fall c =$k(R_L+R_G)$, wobei k eine Konstante ist, die von der Generatorkonstruktion abhängt.

Ein elektronisch variabler Widerstand kann durch buchstäbliches Ein- und Ausschalten von Widerständen erzeugt werden, oder es kann mit einer elektronischen MOSFET- oder BJT-Last erfolgen, die einen Widerstand simuliert. Die maximale Dämpfung bei passiver Last wird durch den Innenwiderstand des Generators begrenzt. Bei aktiver Last und externer Stromversorgung sollte es möglich sein, extern einen negativen Widerstand zu simulieren, um den Gesamtersatzwiderstand weiter zu reduzieren.

Für eine lineare Bewegung könnte ein linearer PM-Motor verwendet werden, oder es könnte eine Zahnstange und ein Ritzel verwendet werden, um eine lineare Bewegung in eine Rotationsbewegung umzuwandeln.

Eine zweite Methode, die am nützlichsten ist, wenn Bewegung garantiert ist, wäre die Verwendung von Coulomb-Reibung (z. B. wenn ein Bremssattel und Bremsbeläge an einem Rotor schleifen) und die Steuerung der auf die Bremsbeläge ausgeübten Kraft mit einem Torquemotor oder einer anderen Methode (z Ändern Sie die Position eines federbelasteten Stellglieds, verwenden Sie also das Hooksche Gesetz , um die Kraft zu bestimmen). Dies funktioniert, weil die Trockenreibung proportional zur aufgebrachten Normalkraft und dem Proportionalitätsfaktor ist$\mu$ist eine Funktion der beteiligten Materialien

Bei dieser Methode tritt jedoch Haftreibung (nichtlineares Verhalten) auf, bevor die Bewegung beginnt.

Ich denke, Sie können die Antwort auf Ihre Frage über die Suche nach dem mechanischen und elektronischen Mechanismus des stationären Fahrrads finden . schau dir diese Abbildung an:

Ist es notwendig, den mechanischen Mechanismus davon zu erklären?

Ich hoffe es hilft dir.

Pumpen Sie ein Fluid durch einen geschlossenen Kreislauf, der ein elektrisch betätigtes variables Ventil enthält. Abhängig davon, wie viel Flüssigkeit sich im Reservoir befindet, wie lange es laufen muss, wie lange es ruht, bevor Sie es wieder laufen lassen, und wie hart Sie es fahren werden, benötigen Sie möglicherweise auch einen Kühler im System.

Bearbeiten: Suchen Sie nach Indoor-Fahrradtrainingsständen. Sie verwenden entweder Lüfter, Generatoren oder Pumpen (CycleOps stellt eine her) als Widerstand, und die Widerstandseinheiten sind ziemlich kompakt. Einige verfügen über einen ferngesteuerten (Druck-Zug-Kabel) Widerstandseinsteller; Einige verlassen sich nur auf die eigene Ausrüstung des Fahrrads, um es einzustellen. Aber etwas in dieser Richtung sollte Ihnen den Einstieg erleichtern.

Was Sie suchen, ist ein Dämpfermechanismus. Das zuvor gezeigte System (das stationäre Fahrrad) ist ein einstellbarer magnetischer Dämpfer. Dieses Patent erklärt seinen Betrieb.

Wenn Sie den Dämpfungsgrad elektronisch steuern möchten, sollten Sie sich vielleicht Wirbelstrombremsen ansehen, die das Magnetfeld aus einer Wicklung erzeugen und so ohne bewegliche Teile schnell gesteuert werden können.

Sie können natürlich einen herkömmlichen Gleichstrommotor an das Gerät anschließen und ein Dämpfer- oder Feder-Masse-Dämpfer-System elektronisch emulieren, dies hat jedoch Einschränkungen gegenüber den oben genannten Methoden (aufgrund der begrenzten Aktualisierungsrate der Softwareimplementierung beim Umgang mit Hochfrequenz Eingangssignale und die Schwierigkeit, die Geschwindigkeit bei niedrigen Geschwindigkeiten abzuschätzen).

Nun, bei den meisten Servomotoren und Motoren hängt das Drehmoment vom Stromversorgungsstrom ab.

Es ist jedoch wahrscheinlich keine bewährte Methode, und ich glaube nicht, dass es tatsächlich spezielle Aktuatoren gibt, die eine präzise Kraftsteuerung ermöglichen.

Sie können ein Steuerungssystem verwenden, um dies für Sie zu tun.

Im Wesentlichen haben Sie einen Motor mit Rückmeldung für die Kraft, die Sie bereitstellen möchten. Sie könnten beispielsweise einen Motor an einer Fahrradkurbel anbringen und einen Dehnungsmessstreifen an den Kurbelarmen anbringen. Auf diese Weise könnten Sie den Motor verwenden, um die Kurbelgarnitur mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die schneller oder langsamer ist, als der Fahrer versucht, aufrechtzuerhalten, um die Belastung zu erzeugen - oder die Kraft zu replizieren - entweder durch Windwiderstand, einen Hügel oder das Freilaufen einen Hügel hinunter .

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Dehnungsmessstreifen gegen einen Drehgeber einzutauschen und dann das physische System in der digitalen Welt zu modellieren. Sie können Federn oder Masse oder alles andere, was Sie sich vorstellen können, modellieren, in Bezug darauf, wohin sie die Kurbeln bewegen und wie die physische Welt wirklich reagieren würde. Sie haben also möglicherweise eine hohe Masse, die Sie modellieren, als würden sie wirklich Fahrrad fahren und 180 Pfund wiegen. Wenn sie also die Kurbel nicht bewegen, übt der Motor keine Kraft auf die Kurbel aus. Aber wenn sie versuchen, die Kurbel zu bewegen, erfasst der Drehgeber einige Impulse in eine bestimmte Richtung, und der Motor drückt mit nahezu gleicher Kraft zurück, während er modelliert, dass der Fahrer an Schwung gewinnt. Wenn das digitale Modell des Systems an Dynamik gewinnt, reduziert der Motor den Rückstoß, und schließlich wird es sehr wenig echte Energie benötigen, um eine bestimmte Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten.