电机加载健身康复设备的发展与推广,是顺应时代潮流、迎合人民心理、满足品质需求、符合客观规律的必然方向。由于国内在该领域起步较晚,相比发达国家,可能会存在研究不完善、技术不成熟等问题,尤其是涉及设备核心部件的研发仍有不小的差距。为了打破这一现状,避免国外进行市场垄断,同时减少高成本产品引进,亟需大力支持与发展国内相关领域的研究,争取在保证安全可靠的前提下设计出低成本、大众化的国产产品。对电机加载健身康复设备而言,加载器是交流伺服电机,其功能实现完全取决于控制器,故研发成本低廉、性能稳定、控制准确、功能强大的控制器是推动该领域进步的大本大宗,也是前提条件。为此本文针对该类设备的控制需求进行了控制器的开发与研究,具体工作可分为三个部分。第一部分与健身康复训练有关,主要是对等张、等长、等速、被动四种训练模式以及扭矩标定、加减速控制、无扭矩反馈处理和运动处方制定四种控制策略进行设计。第二部分是控制器的硬件,以STM32F407IGT6为主控芯片,电源电路、时钟电路、复位电路、调试电路和存储电路构成基本电路,外围主要包括数字量、模拟量、串行通信和以太网等接口电路。第三部分为控制器的软件,以HAL库的开发方式和三层框架结构进行编程,其中硬件抽象层配置时钟、输入输出等底层基础代码,功能模块层实现电机控制、信号采集处理和数据通信等具体功能,人机交互层进行触摸屏和上位机的交互界面设计。在开发并制作出控制器之后,搭建了两套实验平台,以进行实验与分析。由扭矩精度测量实验可知,扭矩标定策略与无反馈扭矩处理策略具有一定的实用价值。通过等张和等长模式的实验可以说明这两种控制算法的设计符合模式特点,能够实现相应的训练。等速模式下速度波动、加减速以及肌力训练测试的实验结果证明了所设计的等速控制算法满足使用条件,且加减速控制策略与运动处方制定策略是合理有效的。由于控制器在工作过程中运行良好、控制稳定、满足使用要求,因此使用该低成本产品不仅可以助力电机加载健身康复设备的发展,而且能够促进设备的大众化推广,从而为全民健身、健康中国的实现奠定基础。同时研究过程中的理论与方法较为合理,对该领域或其他领域所需控制器的开发具有一定的参考价值。