帆板控制

帆板控制（精选7篇）

帆板控制 篇1

0 引言

在摇动帆式风力发电系统中, 通过帆板的往复摇转变为旋转运动后可以驱动发电机发电, 且具有发电效率高、良好的低风速发电特性和优异的耐强风性等特点。帆板转角在一定范围内时发电效率较高。全国大学生电子竞赛题目要求通过控制风扇电机转速来调节风扇风力大小, 使帆板转角在可控范围内。为此, 设计帆船控制系统, 以单片机AT8952为核心, 调节直流风扇转速, 实现对帆板转角的实时测量、显示和控制。

1 系统结构

系统结构如图1所示。

2 角度采集

角度测量使用VTI公司生产的硅基加速度传感器SCA100T-D02, 其主要性能指标:双轴向倾角测量, SCA100T测量X-Y方向;测量范围1.7g;测量灵敏度1.2V/g;+5V单电源供电, 两个比例电压输出 (模拟) , 内置11位AD转换器;兼容SPI的数字输出;通过SPI接口, 可以访问内部温度传感器。SCA100T为12脚表贴封装, 设计时要水平安装芯片, 并注意芯片上面箭头所指方向为正方向。

2.1 角度测量原理

角度测量时倾角传感器SCA100T-D02的传感轴安装在与帆板在同一平面内, 采用双轴测量值合成来计算倾斜角, 在小倾角测量时, 具有高分辨率和高精度的特点。该传感器的每个轴可以检测0~90°之间的倾角, 所对应的输出电压为0~5V。

角度测量原理如图2所示。由于加速度传感器在静止放置时受到重力作用, 因此会有1g的重力加速度。利用这个性质, 通过测量重力加速度在加速度传感器的X轴和Y轴上的分量, 可以计算出其在垂直平面上的倾斜角度:Ax=gsinα, Ay=gcosα, 则tanα=Ax/Ay, 即。

这里利用的是物体在静止时受到重力的性质, 如果物体同时也有运动加速度的话, 那么这个公式将不再准确。

所以必须为公式增加一个限制条件, 即:

2.2 角度测量算法

设计角度测量算法采用反三角函数算法。直接利用式 (1) 进行计算, 具体步骤为:

(1) 测量X、Y的加速度Ax、Ay (对于数字输出的加速度传感器, 直接通过I2C或SPI总线读取;对于模拟输出的加速度传感器, 需要通过ADC进行采样) 。

(2) 计算Ax2+Ay2, 如果这个平方和接近1g的平方, 那么说明这组采样值是有效的, 可以用来计算;否则将该采样值丢弃, 重复第 (1) 步。

(3) 利用有效的采样值, 通过开平方和反正切函数等数学计算, 求出倾斜角度:。

(4) 重复第 (1) 步。

2.3 角度测量电路

选用角度传感器SCA100T-D02的模拟输出, SCA100T单轴的最大输出范围约为±40°, 有效输出范围为±30°。在采样频率为8Hz及以下时, 可获得0.002°的输出分辨率。加速度传感器可以用来测定变化或恒定的加速度。恒定加速度的一个特例就是重力加速度, 当传感器静止时 (没有水平或垂直方向的加速度时) , 重力加速度方向和传感器灵敏轴的夹角就是倾角。角度测量电路如图3所示, VOUT引脚输出电压范围为0~5V, 故可直接接8位ADC0809进行模数转换, 得出数字量后送入单片机AT89S52。

3 风扇转速控制

选用型号为Y4574的直流风扇, 故风扇转速控制采用PWM调速。PWM波由单片机输出。风扇额定电压为12V, 额定电流为1.05A。驱动芯片选用L298N。

3.1 控制算法

PWM调速是使加在直流电机两端的电压为方波形式, 通过改变方波占空比实现对电机转速调节。直流电动机PWM调速控制原理和输入输出电压波形如图4所示。

当开关管的驱动信号VT1为高电平时, 开关管导通, 直流电动机电枢绕组两端有电压Us。t1秒后, 驱动信号变为低电平, 开关管截止, 电动机电枢两端电压为0。t2秒后, 驱动信号重新变为高电平, 开关管的动作重复前面的过程。电动机的电枢绕组两端的电压平均值Uo为:

式中, D为占空比。占空比D表示在一个周期T内开关管导通的时间与周期的比值, D的变化范围为0≤D≤1。由式 (2) 可知, 在电源电压Us不变的情况下, 电枢两端电压的平均值Uo取决于占空比D的大小, 改变D值也就改变了电枢两端电压的平均值, 从而达到控制电动机转速的目的, 即实现PWM调速。

3.2 风扇控制电路

风扇控制电路如图5所示。

4 按键、显示及报警

系统设计采用LCD12864显示, 显示屏上可实时显示测量角度和设定角度。

4.1 LCD显示

LCD12864的管脚共有20个之多, 不过连接的电路并不复杂。LCD的电源共有2组, 一组用于驱动LCD显示, 另一组用于背光显示, 可将这两组连在一起或者背光电源省略。输入管脚V0需要接入LCD调整电压来调节对比度, 通常刚使用液晶时的问题是由此引起的, 对比度过高于或过低均会使屏幕无法正常显示。它可接至10~20K电位器的调整端, 电位器两端分别接至VDD与VEE。其余的端口均连接至单片机。

4.2 键盘

按键共有6个, 分别为PWM占空比加1键、PWM占空比减1键、设定值加1键、设定值减1键和转角45°自动追踪键、停止键。

3.4.3声光报警

系统设计在帆板转角为41°~49°时由蜂鸣器和发光二极管进行声光报警提示。

5 结语

该系统是由AT89S52单片机、SCA100T-D02角度传感器、12V直流风扇和帆板组成的闭环控制, 能够完成帆板转角控制和显示, 同时伴有声光报警功能。实践测试证明, 该系统反应速度快、精度高、可靠性强。

参考文献

[1]谷云高.等.基于MMA7455的机器人姿态控制系统的研究[J].制造业自动化, 2010, (8) :15-17, 46

[2]朱清.基于单片机控制的人机界面应用研究[J].工业控制计算机, 2009, 22 (12) :5, 7

[3]孙汝建.基于SPI接口的双轴SCAT100倾角传感器及其应用方法[J].仪器仪表用户, 2006, (4) :69-71

[4]王盛军.基于SCA100T和MCU数字倾角传感器的设计与实现[J].微计算机信息, 2010, (26) :90-91

[5]张新强.点阵LCD驱动显控原理与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2010

帆板控制系统设计 篇2

1 系统方案设计

根据设计要求,帆板控制系统方框图如图1所示。系统主要由风扇电机驱动LM298、角度检测、电机转速检测、按键、LCD显示、风扇、电源 和主控制 器Atmega128组成。

2 系统硬件设计

系统实物如图2所示。

2.1 风扇电机驱动模块

风扇直流电机驱动模块可以采用L293和专用电机驱动芯片L298N,通过单片机产生不同占空比的PWM信号驱动电机驱动芯片控制风扇的转速,使帆板产生不同的旋转角度并用LCD液晶和上位机实时显示,由于L293在实际测量中刚工作发热量太大,不利于电路的稳定性和可靠性。L298N最大工作电流可以达到3A,持续工作电流为2A完全满足实际需要。因此选择L298N作为电动机驱动芯片。

2.2 角度测量模块

角度测量采用高精度角度传感器WDD35D4,通过AVR ATmega128单片机其自带的10位A/D转换,将采样到的电压信号进行数字平均滤波算法分析,转换输出帆板偏转的角度。

2.3 按键和显示模块

通过按键用来控制和设定帆板所要达到的角度,由于设计所要显示的数据太多如果用数码管显示便会占用太多的I/O口,因此本设计采用LCD 1602液晶进行实时显示。

2.4 帆板制作

帆板机械模块采用铝合金材料制成支架。热缩管将帆板固定粘接在转轴上,其转轴上固定的帆板由纸板裁剪而成,角度传感器安装固定在支架上并将角度传感器装置的与转轴同轴。如图2所示。

2.5 风扇电机转速检测

风扇电机转速通过装在风扇上的霍尔元件进行检测,采用A44E.A44E开关型的霍尔器件,其工作电压范围比较宽(4.5~18V),其输出的信号符合TTL电平标准,可以直接接到单片机的IO端口上,而且其最高检测频率可达到1MHz。

2.6 电源模块

由于直流风扇电机功率为28.8W,因此需要大功率变压器输出足够大的电流(2.4A左右),因此选用DC-DC降压芯片LM2596-5输出 +5V驱动L298N芯片,采用LM2596-ADJ调节输出大于等于12V小于16V的电压给直流风扇电机供电。

2.7 RS232 通信和上位机监控模块

单片机将设定帆板角度、检测到的帆板角度、电机转速、PWM占空比通过串行口送到上位机进行实时显示。

3 理论分析与计算

3.1 风扇控制电路

风扇电机驱动采用LM298N芯片控制。该芯片是专用的电机驱动芯片。其内部含有H桥的高电压、大电流全桥驱动器,可以用来驱动直流电机和步进电机,采用标准逻辑电平控制,具有两个使能控制端,在不受输入信号影响下允许或禁止器件有一个逻辑电源输入端,使内部逻辑电路部分在低电压下工作。芯片最大工作电流2.5A,额定功率25W。电机驱动原理图如图3所示。

电路需要两路电源输入 :芯片电源和电机电源。PWM信号通过P1的1、2端口输入,通过单片机控制P1的第三端(使能端)。PW M信号控制L M 298N芯片输出两路信号控制电动机的转动。图中二极管主要起到续流作用,采用一般整流二极管1N4007。同时我们又在电机的电枢两端并联一个瓷片电容104,以稳定电机的电压不致对单片机造成干扰。实际效果不错,省掉了通过光耦隔离,实现单片机输出信号与电机驱动隔离的环节。与LM298N具有相同 功能的L293芯片也可以驱动电动机,但是L293的工作电流与LM298N比较较小,输出功率也不如LM298N并且发热量太大。经过实际应用验证,LM298N电机驱动该方案可靠、可行。

3.2 角度测量原理

角度测量采用高精度角度传感器WDD35D4实时检测,此传感器根据电位器原理设计,其具有机械寿命长、分辨率高,转动顺滑、动态噪声小的性能并且该传感器不需要外围电路,使用方便。实际角度测量原理 :帆板偏转的角度通过传感器WDD35D4转换输出电压信号,该电压信号通过AVR Atmega128单片机内部A/D采样,编程转换对应角度值并用液晶和上位机显示,实际测量中测量角度值与实际角度值的绝对误差稳定在 <=3° , 完全满足题目要求的 <=5°。经过实际验证,该传感器应用简单方案可行。

3.3 角度 A/D 采样数字滤波算法

角度控制算法采用数字平均滤波算法。引入数据滤波处理算法后,使许多原来靠硬件电路难以实现的信号处理问题得以解决,从而克服和弥补了包括传感器在内的各个测量环节中硬件本身的缺陷和弱点。引入数字滤波算法有以下作用 :克服随机误差、消除系统误差。当角度传感器旋转时,采用数字滤波算法来克服低频振动现象。其原理是由单片机的A/D端口对角度值多次采样,去除最大值和最小值,然后对剩余的值取平均值,即可得到比较稳定的角度值。在实际编程过程中采用了数字滤波算法,由单片机的A/D端口对角度值分5组反复采样25次,每一组去除最大值、最小值,剩余取平均值。将5组的平均值再除去最大值和最小值,再次求平均值,得到的便是稳定的角度值。如图6所示。

4 电路与程序设计

4.1由于在设计系统时采用的是AVR Atmega128最小系统板所以只需要外扩按键和显示电路即可。按键和显示如图4所示。

4.2 风扇功率电路设计计算

风扇控制电路主要是LM298N模块驱动风扇的电动机,要使风扇在10CM处使帆板可靠地达到60°,直流电风扇必须有足够的输出功率。经过多次选择和试验发现,如果电源的功率不够怎不能很好的驱动直流风扇进而无法达到题目所要求的60°,因此对于风扇的控制电路电源的功率必须足够。经过试验采用了电源输出大约30W,对直流电机需要12V供电,然而电源电压经过LM298N电压下降大约2V,所以电源电压为12+2=14V,直流风扇的输出电流达要达到2A、电压12V时可以使系统达到题目的要求。

4.3 PWM 控制算法设计与实现

角度传感器实时检测帆板角度变化和输出相应的电压值,经过A/D采样转换和数字滤波后,在液晶上进行显示。单片机输出不同占空比的PWM信号,可以得到帆板的不同的角度。先将实验得到的帆板旋转角度实时取样到单片机,将这些值预存入单片机ROM区,当帆板处在当前角度条件时,按键输入新的设定值,这时单片机计算PWM波的差值。单片机将输出单片机根据差值大小,每次步进增减不同的PWM值,当帆板的角度接近于目标角度时步进增减的PWM值最小为1。

4.4 程序设计流程图

4.4.1 主程序流程图

主程序流程图如图5所示。

4.4.2 数字滤波算法流程图

数字滤波算法如图6所示。

5 测试数据

测试数据如表1所列。

通过以上表格中可以看出,在距离帆板不同距离时实际测得的度数与角度传感器测得显示的度数,绝对误差稳定在3°以内,完全满足设计的要求。

6 结论

帆板控制系统设计,充分利用AVR Atmega128内部的8路10位A/D和两路8位PWM分别采样角度传感器的输出电压信号和控制风扇电动机的转速进而达到实时转换显示和改变帆板的角度,达到设计要求。

摘要：帆板控制系统采用ATMEGA128作为系统的主控芯片,用高精度角度传感器WDD35D4实时检测帆板偏转角度,送到AT MEG A 128集成的10位A/D进行转换,经数字平均滤波算法处理,最后通过数字PID算法调节PWM占空比,控制L298输出功率来调节风扇的风速大小,在5秒内使帆板的实际偏转角度与给定角度一致。并用LCD1602液晶和上位机实时显示设定角度、测量的角度、PWM占空比和电机转速。

帆板控制系统的设计与制作 篇3

本系统以STC单片机控制电路为核心,基于PID控制方法,采用PWM脉冲调宽的方式对直流电机进行调控,根据角度传感器反馈回来的信号实现可靠的闭环控制,自动、稳定、精确地控制帆板的倾斜角度,最大绝对误差小于5°,并通过液晶显示器SMC12864实时显示转角θ,帆板控制系统方框图如图1所示。

硬件电路设计

依据设计方案,介绍主要模块。

1.MCU模块。本系统采用的MCU是深圳宏晶科技公司的STC12C5A60S2单片机,电源电压(5.5～3.3V),片内含60kb的可反复擦写的只读存储器,8通道10位AD转换器,速度可达25万次/秒。其中,P1口作为普通I/O口使用,也是片内8路AD转换器的输入端口,本系统将单片机的P1.0口与角度传感器输出端连接,检测帆板转动角度值。片内还有两路PWM脉冲调宽控制器,分别由P1.3、P1.4输出PWM脉冲调宽信号,本系统将单片机的P1.3口与L298驱动器的5脚(使能端EN1)连接,调整PWM脉冲调宽信号占空比,实现电机转速控制。

2.电源模块。开关电源有很多优点,如输入电压范围宽、输出电压平稳等,所以系统采用购置的开关电源,分别输出5V和+12V两路电压:5V提供给单片机及显示电路;+12V电源提供给L298驱动电路。

3.显示器、键盘模块。液晶显示器具有显示内容丰富且使用方便等优点,本设计选用SMC12864通用液晶显示器,将液晶显示器的数据端口(DB0～DB7)与单片机的P0口并行连接,显示器配合程序设置,分别进行角度测量值、角度设定值、“自动控制状态”、“手动控制状态”等参量显示。采用5只独立式按键作为手动控制键、自动控制键、设置键、增加键和减少键等,分别接单片机的P3.2、P3.3、P3.4、P3.5、P3.6口。具体操作是:当按下手动控制键进入手动控制状态,操作增加键或减少键控制帆板转动角度增加或减少,并实时显示帆板转角值;当按下自动控制键切换到自动控制状态,按下设置键进入角度设置状态,按增加键或减少键设定任意一个角度值,再按下设置键回到自动控制状态,系统按照PID控制规律自动调整帆板转动角度值,实现自动控制。

4.电机驱动模块。L298D电机驱动器额定电流达2A,选用L298D驱动模块驱动直流电机能够带动风扇正常工作,通过单片机输出的PWM脉冲调宽信号控制L298D,驱动电机实现风扇转速控制,帆板控制系统电路图如图2所示。

系统软件设计

系统软件概述,流程图如图3～5所示,流程图主要包括:主程序、显示子程序、键盘扫描子程序、AD数据采集子程序、PWM及PID控制子程序等部分,全部程序代码采用C语言编写。

制作过程

1.安装底座。

根据电路主控板、风扇、滑道等各部分尺寸大小选择合适的底板,采用坚固的树脂材料板,长宽50cm×30cm,厚度2.5mm。然后用手电钻将底板钻若干个孔,孔径φ4mm,用φ3mm螺丝杆将底板与电路主控板、帆板支架、滑道等各部分连接、固定,并在底板右上端贴有标签纸(标注7cm、10cm、15cm位置),用于指示帆板和风扇口之间的距离(见图6),便于测试。

2.安装帆板、支架和角度传感器。

帆板采用厚度为3.5mm的薄纸板,剪切成长宽为15cm×10cm大小,采用直径为4mm的铁条作为帆板的转动轴,用薄铁片包住转动轴,薄铁片两端紧紧地夹住帆板,使转动轴与帆板固定连接,金属转动轴一端插入角度传感器卡槽内,卡槽外侧用螺丝固定转轴,再将角度传感器固定在左侧金属支架上。右侧金属支架需要打孔,孔径约φ1cm,用于穿过金属转动轴,在右侧支架外侧固定帆板转角刻度盘,将指针与转动轴连接、固定,最后将金属支架固定在底板上(见图7、图8)。

3.制作主控板

主控制板采用自制的单面板,包括显示电路、键盘电路、单片机及电机驱动电路等,PCB板图及实物如图9、10所示。

4.安装风扇、开关电源

为了便于测试、操作,将风扇安装在金属滑到中,使风扇前后移动更加灵活,风扇的前端向上仰角约30°左右,可以充分利用风扇风力吹动帆板。开关电源安装在底板左下角部位,用φ3螺丝将电源四角固定(见图11～图13)。

系统调试

系统调试主要包括部分:调整零点、调整量程、刻度线性处理、电机驱动电路调整等等。

1.调整零点。首先调整机械零点,即当帆板转角为0°时,刻度盘指针应指到0°,否则转动指针位置进行机械零点调整。

其次调整电气零点,即当帆板转角为0°时,角度传感器输出某个模拟电压值,经过单片机内部AD转换为数字量,再经标度变换,通过液晶显示器显示为0°,否则调整标度变换系数进行电气零点调整。

2.调整量程。按手动操作键进入手动操作状态,再按增加键控制风扇转动到最大角度值,通过侧面刻度盘读取该最大刻度值,同时观察显示器显示角度传感器反馈的帆板转角测量信号,即数字量显示值(二进制数),并记录最大转动角度所对应的数字量大小,该数字量经过标度变换就得到测量角度的最大值,即量程值。

3.线性刻度调整。由于角度传感器输入与输出特性线性较好,即帆板转角θ与输出电压成正比,输出电压经单片机内部AD转换器转变成数字量,通过直线方程得到帆板转角θ与数字量值之间对应关系,帆板转角θ值通过显示器显示,完成标度变换。

4.电机驱动电路调整。在设计电机驱动电路初期,使用L293芯片发现不能满足设计要求,即当单片机发出的PWM信号占空比由最大值逐渐减少,风扇的转动速度也由最大值逐渐降低,当风扇转速减少到某个中间值时,PWM控制信号占空比若再减少,电机转速则突然降低到最小值,无法实现风力的连续控制,经过试验将驱动器L293更换成L298问题就解决了。分析原因,L293工作电流为1A,L298工作电流达到2A,经过测试一个标称400W的吹风机其内部直流电机的额定工作电流超过1A。

本设计作品帆板的最大转动角度达68°,角度测量误差为1°,偏差为2°,即角度设定值与测量值之间的差值。设计基本完成了赛题要求的全部内容,需要改进的是,控制精度需要进一步提高,系统的设计方案需要进行完善、提高。

帆板控制 篇4

帆板与风扇的间距d在7~15cm范围内任意选择时,通过按键设定帆板转角θ在0~60°内可调,要求θ在5秒内达到设定值,并通过液晶实时显示θ,且最大误差的绝对值不超过5°。

直流电机选择脉冲宽度调制(PWM)调速。PWM是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,其优点是控制方便,精度较高,常被用于直流负载回路或直流电动机调速中[1]。

宏晶科技的STC12C5A60S2是单时钟、高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路、2路PWM、8路高速10位A/D转换,主要用于强干扰。驱动电路采用PNP达林顿功率晶体管TIP127设计驱动电路,TIP127具有耐压高,驱动能力强等优点。采用光电编码器测量角度。编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移信号转换为机器可读取的二进制码以用于通讯、传输和储存,具有读取数据方便、转速高、响应快、抗干扰强、分辨率宽、适用于精密工作环境等优点。

FYD12864显示分辨率为128×64,内置8192个16×16点阵汉字和128个ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。声光报警选择LED和语音声光报警,采用语音芯片,通过单片机串行口输出语音信息,可以实现控制系统满足特定控制要求时读出帆板转角。

2 硬件及软件系统设计

帆板装置包括滑道、直流风扇(含底座)、支架、旋转轴、编码器等部分。帆板采用热熔胶固定在旋转轴上;旋转轴利用轴承固定在支架上,旋转轴与编码器连接,实现同步旋转;12V直流风扇固定在可移动底座上;在标有刻度的滑道上可以改变风扇与支架的位置,实现距离调节。

角度测量主要通过编码器实现,双路输出的旋转编码器A、B两相输出两组相位差90°的脉冲,通过这两组脉冲不仅可以测量转速,还可以判断旋转的方向。由于A、B两相相差90°,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位。

本系统采用PWM来调节直流电机的速度,在PWM驱动控制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开电源,并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小,从而控制电动机的转速。在脉冲作用下,当电机通电时速度增加;电机断电时速度逐渐减少。只要按一定规律改变通、断电的时间,即可让电机转速得到控制。

控制电路包括单片机最小系统、按键模块、液晶显示模块、声光报警模块、电机驱动模块等部分。

单片机最小控制系统以STC12C5A60S2核心,复位电路具有手动和上电复位两种形式、时钟电路采用12MHz晶振,EA引脚接5V电源,由此可知存储器选择内部寄存器,单片机最小控制系统如图1所示[2]。

液晶显示模块采用12864液晶,由单片机进行串行控制,实时显示帆板转角、帆板与风扇间距、功能选择菜单等信息,串行液晶显示模块电路如图2所示。

按键模块有6个按键组成,分别由单片机的P0口控制,其功能分别是启动、确定、增加、减小,调试时根据控制要求进行按键操作,按键模块电路如图3所示。

电机驱动模块采用光电耦合器进行光电隔离,功率管TIP127进行功率放大,以驱动12V直流风扇电机,电机驱动模块电路图如图4所示。

声光报警模块由LED进行光电报警,单片机通过串口向语音芯片SYN6288传送数据,经数据处理控制扬声器进行开机和自动模式时进行语音提示,声光报警模块电路如图5所示。

系统上电后,首先进行初始化操作,液晶显示默认间距和角度,然后根据控制要求设定间距d和角度θ。风扇与帆板间距d在7~15cm范围内设定,帆板转角θ在0~60°范围内设定。首先调整间距为设定值,然后通过按键分别设定间距和转角,设定完成后电机驱动风扇控制帆板转角达到设定值,同时编码器检测帆板转角,并通过液晶实时显示转角和间距。

3 系统测试

测试条件:间距d=7~15cm,θ=0~60°;

测试设备:量角器、开关电源、示波器、万用表、秒表、直尺;

测试过程:系统上电后,将帆板位置和液晶显示归零,通过按键分别输入帆板与风扇间距及帆板转角设定值,记录帆板实际转角及所用时间,帆板控制系统测试表如表1所示。

4 结论

测试结果表明设计的帆板控制系统满足了基本控制要求和发挥设计要求,精度较高,可靠性较好,但仍存在较小误差,综合分析可知产生误差的因素主要有以下三方面:1)编码器与横轴连接不完全水平,造成横轴与编码器偏转不同步,另外编码器在工作过程中会丢失脉冲,造成测量角度不够精确;2)电源需要给直流风扇、单片机、编码器、喇叭、液晶等器件供电,存在电磁干扰,影响电源稳定性,从而影响测试精度;3)由于电机转速是非线性的,在PWM调制时将其小范围进行线性化处理,由此产生误差。

摘要：本文提出了以单片机为核心实现帆板控制系统的设计思路和设计方案。介绍了由帆板装置、角度测量装置、PWM控制及控制电路构成的硬件系统和软件系统的控制程序流程图。通过测试数据发现该帆板控制系统具有功能完善、控制精度高,高可靠性特点,并具有显著的实用价值。

关键词：帆板控制系统,单片机,编码器

参考文献

[1]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编[C](2005).北京:北京理工大学出版社,2007.

帆板控制 篇5

帆板在行驶时, 其动力是风。当帆面与风向一致时, 帆不受力, 缺乏动力;控制帆面转动, 帆面与风有了夹角, 帆面受到风力, 从而驱动帆板行驶。因此, 帆板行驶方向的改变是靠帆面位置的改变来实现对其的控制功能。 根据以上帆板运动控制原理, 自制实验调节装置, 采用普通大功率散热风扇提供风力, 自选一定材料和厚度的帆板, 设计并制作一个帆板控制系统并进行实验分析, 该控制系统的示意图如图1 所示。图中, q为帆板的转角; d为风扇与帆板转轴之间的间距。该系统实现的功能设定为: 用手转动帆板时, 能够数字显示帆板转角, 显示范围为0°~60 °, 分辨力为2 °, 绝对误差≤ 5°;设定d=10cm时, 通过操作按键控制风力大小, 使q能够在0°~60°内变化, 并能被实时显示;进一步地, 在此条件下, 要求q在5s内达到设定值, 并实时显示, 且最大误差5°;在d=10cm时, 通过操作按键控制风力大小, 在10s内使q稳定在45°± 5°内, 并实时显示q, 且测试时有声光报警提示;间距d在7~15cm范围内任意选择, 通过按键设定帆板转角q, q范围为0°~60°, 要求q在5s内达到设定值, 并被实时显示, 同时最大误差≤ 5°[1,2]。

2 系统总体设计方案

设系统以MSP430F54381 微控制器为核心控制器件, 采用了P W M技术和P I D控制算法通过对直流风扇转速大小的控制, 实现了对帆板转角的实时控制和动态显示。本帆板控制系统中, 精密角度传感器检测帆板运动转角的状态, 并将帆板的位置信息传送给中央控制单元, 中央控制单元MSP430 微控制器根据帆板位置信息和运动状态实时调整执行机构直流电机驱动电压的大小, 从而实现对风扇风力大小的控制, 最终完成对帆板运动转角的控制与显示。

系统上电复位后, 根据按键输入帆板转角设定值, 系统中央控制单元LM3S811 发出启动指令, 直流电机带动扇叶开始运转, 产生的风力驱动帆板开始转动。其工作原理为: 根据角度传感器输出的电压值变化信息, 经微控制器处理后发出控制指令给执行电机驱动单元, 通过改变电扇风力的大小, 实现对帆板运动控制的实时检测和控制。

3 系统硬件设计

设计中, 帆板采用2 片15cm × 10cm的KT板材料制成, 板体轻盈, 对风力的强度要求不高, 可以减少对风扇力度的要求;帆板支架由三面带有凹槽的木质框架制成, 支架底座、大功率风扇均固定在透明绝缘底板上, 而且木质框架外侧粘有复印的刻度尺纸条, 可以直观地看到风扇和转轴之间的距离; 垂直的铝合金框上面安装量角器和刻度指针, 根据指针可以明确地观察到帆板转角的大小。

系统硬件电路采用模块化设计, 主要包括:MPS430F5438最小系统、角度检测电路模块、电机驱动模块、声光报警电路、键盘液晶L C D显示电路等。设计中分别对各个模块进行详细的分析制作与测试, 使系统整体功能达到最佳状态。

3.1 MSP430最小系统及显示电路

此显示电路主要由O C M 1 2 8 6 4 - 9 液晶屏和MSP430F5438 单片机构成。主要是将低频功率放大器的输出功率、直流电源供给功率和整机效率等相关参数实时检测数据显示出来。TI公司的MSP430F5438单片机是基于R I S C架构的1 6 位超低功耗单片机, 内部集成256KB闪存和16KB RAM, 在1.8V-3.6V的工作电压范围内性能高达2 5 M I P S。包含一个用于优化功耗的创新电源管理模块。其功耗已经达到了微安级[3]。MSP430F5438 内部集成有多通道、高速A/D转换模块ADC12, 能提供多通道12 位精度的A/D转换, 其最大采样速率可以达到200ksps。ADC12 模块内包括采样/保持功能的ADC内核、 转换存储逻辑、 内部参考电平发生器、 多种时钟源、 采样及转换时序电路。对于大多数现场数据采集的应用环境而言, MSP430F5438 内部集成的ADC12 模块都能很好地满足数据采集的要求[4]。

3.2 帆板角度检测电路

图4 所示为帆板动作示意图。传感器所测的角度为α, 由图可知转角θ = α, 传感器将被测量转换为电压量输出, 转角θ与电压的关系式为sin θ = ( V o u t -V0) /2;其中Vout是当前显示的电压值, V0 是θ为0°时的电压值。

角度检测电路采用专用精密角度传感器N1000060。利用该芯片进行角度检测设计, 省去了冗余机械结构部分, 接口简单, 并且其直接输出与倾角成确定关系的模拟电压信号, 只需要单片机的一个A/D转换接口, 就可完成转角测量数据采集。如图4 所示, 角度角传感器N1000060 的供电电压为5V, 其模拟输出范围0.5V至4.5V, 对应倾斜角-90°至90°, 其输出信号最高刷新频率为80HZ, 该信号送至单片机内部10 位高速AD口, 得到的AD值可以经过运算转换为倾角度数, 运算方法为:

为了满足单片机采样需要, 我们挑选了两个982 Ω精密电阻对输出信号进行分压以提高角度检测的精度。

3.3 电机驱动模块电路

如图6 所示, 电机驱动模块场效应管、直流电机、二极管、三极管和三个电阻构成。它通过场效应管的导通情况来控制电机的转速。

利用M S P 4 3 0 微控制器输出的P W M控制信号, 实现场效应管的导通和关断。通过改变P W M的占空比, 对输入电压和输出电压的比例进行调节。场效应管的栅极驱动, 采用简单的三极管驱动放大电路, 以改善场效应管的导通过程, 减少驱动电源的功率。当P W M波输出高电平时, 三极管导通, 使场效应管的栅极电压低于源极电压, 场效应管的源极和漏极导通, 电机转动;当P W M波输出低电平时, 三极管截止, 电机停转。通过电机的停转控制风扇的转速[5]。

3.4 声光报警模块电路

如图7 所示, 声光报警系统由蜂鸣器驱动电路和发光二极管驱动电路组成。蜂鸣器驱动电路由三极管、蜂鸣器、续流二极管和滤波电容、反相器组成, 三极管在这里相当于开关, 当P A 4 输出低电平时三极管饱和导通, 蜂鸣器发声, 发光二极管亮;当PA4 输出高电平时三极管截止, 蜂鸣器停止发声, 发光二极管灭。

4 系统软件设计

系统软件采用模块化程序设计, 主要包括主控制程序、驱动电机子程序、角度检测子程序、键盘控制子程序、PID调节子程序、液晶LCD显示子程序等, 各子程序单独调试正确后再进行统一调试[7]。限于篇幅, 仅给出主程序流程图和PID调节子程序流程图, 分别如图8和图9 所示。

5 测试及结果分析

测试中的仪器为:示波器 (ADS1102C) 、函数信号发生器 (YB1602) 、数字万用表 (DT95038) 、开关电源 (CLD-60-T) 、数字合成信号发生器 (YB3002 DDS) 、毫伏表 (YB2172) 、量角器、秒表等, 整个系统的硬件连接图如图10 所示。

5.1 手动转动帆板转角测试

(1) 将帆板和风扇的距离调整到适当位置, 用手转动帆板, 同时观察量角器上显示的帆板角实际值和液晶显示器上的显示值, 记下数据。表格如下:

从以上数据可知, 手动测量时, 分辨率可达到1 °, 显示范围为0°~60°, 绝对误差≤ 5°, 达到设计要求。

5.2 间距10CM时帆板转角基本测试

(2) 将帆板和风扇的距离调整到10cm, 通过按键控制风扇的转速来调整帆板的转角, 同时观察量角器上显示的帆板角实际值和液晶显示器上的显示值, 记下数据。表格如下:

由下表数据可知, 在d=10cm, 通过按键控制风力大小时, 角度显示范围为0°~60°, 达到设计要求。

5.3 间距10CM时帆板转角实时功能测试

将帆板和风扇的距离调整到10cm, 按下按键14, 当听到蜂鸣器的响声和LED灯光报警时, 记录下此时秒表的记录时间、液晶显示值和量角器的读数

由上表数据可知, 在d=10cm处, θ能稳定在45°±5°范围内, θ值能实时显示, 整个过程在5s内完成, 同时有声光提示, 达到设计要求。

6 结束语

以MSP430F5438 微控制器为控制核心, 设计并实现了帆板的自动控制, 并进行了详细的实验测试和数据分析;利用M S P芯片的智能控制, 实现了P W M调压和P I D转速调节, 使得帆板能较快且较准确地达到设定角度, 并具有较好的稳定性。系统软件设计简单, 计算量小, 测试角度误差小, 完全满足设计要求。实验测试数据证实了该设计具有一定的理论研究意义和实用性。

参考文献

[1]宁秋平.基于AVR单片机帆板控制系统的设计[J].世界电子元器件, 2012, (12) :51-53.

[2]崔鸣, 尚丽.基于ARM的帆板控制系统设计与实验分析[J].实验室研究与探索, 2012, 9 (1) :57-90.

[3]MSP430543x, MSP541x Mixed Signal Microcontroller[J].SLAS612-SEPTEMBER 2008.[EB/OL]

[4]MSP430x5xx Family User’s Guide[J].2008.[EB/OL]

激浪!击浪!——帆船和帆板 篇6

水手必知:

1、对帆船帆板的初学者而言, 首先要学的是观察和领悟自然, 培养对海洋的风流水流以及它们之间变化的高度敏感性。通过观察风向、天气、波浪、水流以及与岸的距离等环境因素, 预测周围的变化, 从而可以在各种不同环境里自信地航行。

2、竞赛型的帆船纯以风为动力, 外观看起来不一样, 实际上都是由船体、桅杆、帆杆、稳向板、索具、舵、帆这7个部件组成。

3、帆板初习者应学会向前看, 手臂伸展, 风力加大时蹲下一些, 始终保持在中心线上, 始终看着你要去的方向——你的头转向哪里, 你的身体也会随之转向哪里。

扬帆学做“风之子”

小帆船和帆板, 都是以风为动力的水上运动。虽然不如大帆船来得瞩目和矜贵, 不过在海上休闲运动中相当受欢迎。

海南省帆船帆板运动协会办公室主任戴军介绍, 这是与风抗争的航海乐趣, 我们可以从容易入门的小帆船和帆板运动中体验, 一个“水手”就可以开启一次小航行。

想要顺利地御风而行, 水手必须要知道风向的变化。风向的专业描述, 可以用东、南、西、北的地理位置来描述, 或者通过罗盘的度数来描述, 例如0°、90°、180°、270°等。如果没有罗盘, 海上靠方向感是不靠谱的, 我们要如何知道风是从哪个方向吹来的呢?海口帆船帆板训练基地的教练教了我们几个简易的方法:可以自己转一圈, 用脸、手、脖子感觉一下风的方向;或朝水面看, 观察波浪、波纹, 风向通常是与波纹垂直的, 还可以环顾岸边, 观察旗帜、烟火、树木、风向线。要注意的是, 不要被其它快速行驶船只上的旗帜所迷惑, 它们旗帜的方向不能表明真实的风向。

当风平稳地从帆的迎风面和背风面顺利流动时, 帆船可以获得最大的动力。与此相反, 帆船则会失去动力并且减速。为了获得最大动力, 我们要保持帆与风处于最佳的角度。有两种方式可供选择:一是通过帆船索具调整帆与风之间的角度;二是通过帆船航向调整帆与风之间的角度。当所有这些力处于平衡时, 帆船将沿直线前进。如果不平衡, 帆船将转向。第一次航行的人可能大部分时间都横着风行驶, 即风从帆船的一边吹来, 这对初学者来说是最简单的航行方式, 熟练之后可以尝试用各种方式来使帆船转向、停止、启动, 并学习使用舵角指示器。

小帆船, 少年派式漂流

专业的帆船运动装备很多, 包括造价不菲的帆船、专用服装, “导航”设备等, 而且还需要长期训练和比较高的专业技术, 它一直被视为贵族运动的一种, 受成功人士所青睐。

一部帆船动辄上百万千万, 船和驾驶人需要考取专业驾驶照才能开动, 普通市民要何时才能涉猎?现在海边休闲设施中就有双体小帆船供我们“试水”。

据介绍, 训练基地提供给初学者的是海滩双体船, 帆船有两个船体, 两个船体由横梁连接, 在船体和横梁之间用网状的弹簧床作一个半硬式的平台, 最多只能坐3-4个人。船体多, 在同样的风力条件下, 速度也比较快, 而且船体下都有一个功能与龙骨相似的固定艉鳍, 稳定性良好, 很少会出现侧翻。

入门操作很简单, 除了之前提到的看风向、用风力, 就是松紧风帆以及掌舵, 风浪不大的时候, 像驾驶小游船一样的轻松。安静有安静的玩法, 乘着海风漂流出去, 钓钓鱼, 喝茶聊天晒太阳;刺激有刺激的玩法, 可以大玩“亲水游戏”——让船体稍微倾斜, 用身体往船外靠以保持平衡, 一只脚塞进船上的固定套里, 进一步保持平衡, 靠前的手抓住帆索, 另一只手则用来掌舵, 浪打过来, 你迎上去。

帆板, 一个水手的航行

帆板其实也属于帆船运动中的一种, 不过没有小帆船的稳定, 又没有冲浪的刺激, 动静状态介乎于两者之间。

因为它和冲浪运动有密切关系, 所以又叫做风力冲浪板或滑浪风帆。冲浪板的动力来自涌浪, 受场地条件所限, 比传统帆船出现迟很多的帆板, 正好弥补了冲浪受场地所限的不足。帆板运动在欧美国家普及得很快, 运动员站在板上, 用双手抓住帆杆操纵, 便能在无际的大洋中航行上百海里, 并能达到每小时50多公里的惊人速度, 令人对这个“迷你帆船”另眼相看。

帆板器材简单轻便, 国际统一型号的密斯特拉级帆板全套重量20公斤以下, 比赛会在大风大浪的海面上进行, 但实际上在有风的水面上就能玩, 包括内陆的江河湖泊中。帆板由带有稳向板的板体、有万向节的桅杆、帆和帆杆组成, 没有舵, 只有尾鳍和稳向板, 水手只有一个, 他得利用吹到帆上的自然风力, 站在滑板上操纵帆杆, 使阀板产生速度在水面上行驶, 靠改变帆的受风中心和板体的重心位置在水上转向。因为全程要站着操控, 体力消耗比小帆船更大。

对于初学者, 教练会在下海前进行陆上教学, 感觉帆板的各个部分, 教我们在保持中心线上以及拉起风帆的动作, 找好“安全点”和“平衡点”。简单教学之后, 教练就会带你到海边“试水”。上板, 握紧帆绳, 确认风的方向, 把帆从水中拉起, 伸手够到桅杆并用双手抓住低于横梁的位置, 这是“安全点”。你的膝盖要弯曲, 手臂伸展, 帆垂向顺风方向并远离身体, 同时你要目视前进方向, 把肩膀朝着前进方向, 伸展前臂把帆从身体前拉过来, 到达“平衡点”。然后调整动作, 双手在横梁上, 恭喜你, 这就进入了“航行位置”。

可以在风中航行的基础上, 开始对航向做一些小的调整, 例如把板头转向风吹来的方向被称作“转向逆风”, 把板头转向背离风的方向被称作“转向顺风”。跟学骑单车感觉相似, 当你专注看着前方的时候, 教练已经不知不觉离开, 意味着你可以开始独立的旅程。

帆船安全守则:

●穿上救生衣等助浮装备;热天要穿透气性强的衣服, 如不是大热天, 还应穿普通衣服或保暖潜水衣。

●热身运动很重要, 特别是柔韧性练习。为防止脱水, 建议在出海前和航行时饮用大量的水。

●黄昏、晚上或能见度低时不要玩帆板。如风从岸吹向海面, 不要出海。原因是陆地和建筑物挡风, 出海后发觉风势猛烈, 想安全回岸可能为时已晚。开始感到疲倦或天气转坏, 须趁早划回岸边。

●水域附近有救援人员和设施。

●准备一根拖索, 必要时可让人拖回岸上。把索具绑在冲浪板上, 这样就算桅脚松脱, 也丢不了。如掉进水里, 一定要游向帆板。

●遇到紧急情况时, 波浪声、风声和转舵声会令海上的通信非常困难。在噪音环境中, 应该会使用手语。最常用的基本信号是:“安全位置”、“靠近点”、“减速”、“展帆”、“收帆”、“我需要帮助”、“我很好”等。

功能训练在帆板项目中的实践研究 篇7

现代帆板运动具有竞技性、娱乐性和观赏性, 世界上的发达国家和地区认为帆板运动是一项很好的体育运动项目, 而且在奥运会中也占据了重要的位置, 我国的帆板项目起步比较晚, 但是发展很快, 在2004年的雅典奥运会和2008年的北京奥运会上都有突破性的成绩。

我国帆板项目虽然小有成就, 但是发展的现状还不是很理想, 我国帆板仍然存在很多的问题。帆板是一项复杂的海上项目, 运动员本身、船、板、水和风要共同协调才能完成一项特殊的运动, 运动员的体能、技能和心智以及对规则的掌握都对比赛有着至关重要的作用, 三者结合完美, 那么比赛成绩就会突出, 如果有任何一方都发挥不好, 那么就会影响比赛结果。因此, 需要我们在整体上认识帆板的项目特征, 着重的梳理和提炼我国帆板项目的训练经验, 已经成为了我国帆板项目成功备战竞技比赛的重要任务。

运动员的体能是运动员竞技能力的重点, 体能是决定一个运动项目水平的重要因素, 是帆板运动员驾驭和控制帆板的主要能力。帆板的技术要求十分复杂, 所以这就要求了运动的体能也要十分强大, 传统力量下得训练方法很难解决力量的能力, 而这种能力恰恰是帆板运动员最需要的因素, 长时间的比赛和多次竞赛需要运动员的体能尽快的恢复, 但是, 在真正比赛的时候, 我们就会发现有很多优秀的选手还在进行康复训练, 如何通过科学健康的训练方法来恢复和帮助受伤的运动员是目前急需要解决的问题。

因此, 准备和全面的把握帆板项目的特征, 认真的从专项的角度出发, 积极的摄取新的体能训练理念, 运用先进的训练方法和手段, 构建出完整得帆板体能训练体系, 已经成为了帆板运动项目的重中之重, 也是我国帆板运动员备战奥运会的重要选择。

2、功能训练的意义

功能训练在康复训练已经成为了一种方向, 最近几年功能训练逐渐的转向体育竞技训练, 在一些欧美国家的竞技比赛中, 功能训练已经占据了非常重要的地位。

功能训练是根据运动员的自身提点, 为个人制定的个性化训练项目计划, 通过一些列的运动练习来预防伤病的发生, 从而, 来提高运动员的比赛运动能力。功能训练不是独立的训练, 也不是脱离体能训练的练习, 与一般的体能训练来比较, 功能训练更能满足比赛的要求, 而且有助于帮助和提高运动员在专项比赛能力上的发挥。

一些高水平的运动员的训练应该是循序渐进的, 在科学方法和科学指导上的训练做基础, 加入功能性的训练, 通过整合各个环节, 注重本体感觉的动作和要领的训练, 在各种负荷和速度下进行功能训练。功能训练可以把传统的体能训练和专项的技术训练有效的结合在一起, 然后使运动员的日常训练更加的与实际比赛相符, 这种训练不但可以进一步的开发运动的潜力, 还能够有效的延长运动的寿命。

3、功能训练的特点

3.1、功能训练重视脊柱力量的训练

2008年, 黎涌明和陈小平提出了核心力量的理论, 核心力量是坚持以稳定人体的核心部分为主要, 同时, 控制中心的运动, 传递上下肢力量为主要目的的力量能努力, 核心力量是人体的“发力源”。

核心力量训练是功能训练的重要部分, 核心训练能够提高运动身体的平衡能力, 还能有保持运动员的运动姿态和正确的动力连传递的顺序。尤其是在帆板项目中, 功能训练还能帮助运动员自身的稳定, 让机体的能力得到良好的发挥, 有效的核心训练可以提高帆板运动员的动作效率, 提高运动员的肌肉平衡能力, 增加他们对动作的控制力, 减少帆板运动的体能消耗, 提高动作的效率性, 加大力量的释放和力量的传递。

3.2、重视臀部肌肉的激活训练

臀部肌肉 是人体在 静止或者 运动是保 持身体良 好姿态的 肌肉, 当臀部肌肉或髋部无力时, 我们就会发现腰部也不会有力量, 出现代偿性的作用, 这种代偿性的运动正是导致腰部受损的原因, 臀部的存在不仅仅是因为身体的美观, 更多的是为了保持力量和平衡性。

髋关节周围的肌肉对于运动员来说就像肩膀锈区一样重要 , 它可以让髋关节保持稳定性和灵活性, 而且还能够有足够的力量为髋部上下的活动提供有力的基础, 正如帆板运动员在训练时, 需要腿部的平衡能力以及髋部力量转换的能力, 如果髋部不稳定, 那么力量就难以释放出来, 这些能量就会在肌肉和关节里面储存, 就加重了这个部位的负担, 从而导致了肌肉的过度劳损。

在功能训练过程中, 需要特定的方法激活并且发展臀部的肌肉, 以达到减少代偿动作的出现, 让帆板运动员学会利用臀部及髋部的肌肉, 来减少运动时候的损伤, 并且提高运动能力。

3.3、注重关节的稳定性与灵活性的训练

所谓关节的稳定性, 是指人在运动过程中通过关节的稳定为跨关节的肌肉发力建立一个支点, 为关节上下力量的传递来创造条件, 为身体重心的保持提供保障。灵活性指的是在保持一定身体姿态稳定的时候, 各个关节都能自由活动的能力。关节的稳定性和灵活性是肌肉能量发挥的基础, 稳定性可以让身体固定在某个伸展动作上, 在这个位置上可以释放高效的能量, 稳定性是训练的基础, 灵活性是在一定范围内能够保证肌肉正常的运动, 能够让运动员发挥更大的潜能。

灵活性和 稳定性是 帆板运动 员在训练 过程中非 常重要的 要素, 他们相互联系, 相互制约, 并且还相互促进。当运动员身体的关节发挥失常时, 或者是身体某一部分发生疼痛时, 除了要进行基本的医疗手段以外, 我们还要进行本质的解决问题, 功能训练通过一系列的方法和手段, 针对帆板运动员身体不同的关节进行了专门的动作训练, 来提高运动员身体关节的灵活性和稳定性。

3.4、强调多关节维度的动作力量的训练

通过对帆船运动员进行多维度的动作选连, 让他们的身体整合为一个顺序进行的整体运动, 这种训练可以让帆板运动员在训练过程中将各个部分的系统和肌肉结合, 并且互相配合, 可以让运动员掌握对基础动作模式的控制。多维度的动作练习可以预防肌肉的损伤, 还可以提高运动员的竞技能力, 在运动员进行训练时可以提高本体的肌肉感受, 为调动身体的神经和各个系统机制做良好的基础。

我们的身体是一个协同工作的团体, 通过多个组织和关节进行多维度的运动, 不是固定的“机器人”, 帆板运动员在日常生活和体育竞技比赛中进行的都是多关节、多维度的动力性的动作, 从身体的一段通过核心部位转换和传递到身体的另一端, 尤其是帆板运动项目类似的对抗性的项目, 几乎整个比赛中没有相同的运动轨迹和肌肉动作, 所以, 这就要求运动员不能只进行单位的、固定的训练模式。

3.5、强化动力链的练习

动力链是在中枢神经和运动神经的支配下, 按照某项特定的训练动作顺序让关节、肌肉参与联合运动, 动力链原则是分析体育活动或其他动作模式形式最重要的一部分, 动力链为运动员的动作模式以及训练的时候提供一个整体的构架, 几乎所有的体育运动都会产生最大的加速度, 而且也要求身体的某部分也产生巨大的速度, 比如投掷铅球, 踢球的时候。在踢球的时候, 下肢的速度传递是顺应近端传递顺序的。一些专家也提出, 在动作中如果近端的动作转动过晚时, 远端的速度就会明显的下降, 如果在运动训练时, 没有调动身体的动力链系统, 某一部分漏掉的话, 就会产生运动员受伤的现象。

4、帆板项目运动的特点

4.1、外界条件多变性

帆板项目不同于其他体育项目, 帆板项目要求的技术比较复杂, 属于动作发挥型的项目, 而且不同的外界条件对帆板运动员的技术动作和力量有不同的要求。不同的风力以及不同的风浪, 都会时刻的影响着帆板运动的变化。

外部环境对帆板比赛的直接影响很大, 比赛地区的地域和地理环境都时刻的影响着帆船运动项目的变化, 比如风力的大小, 风向的变化, 潮汐的变化, 任何一个因素都会影响到每轮的比赛, 从而直接影响运动的总成绩。这样复杂的外界变化, 对帆船运动员的身体素质有极高的要求, 必须要求帆船运动员在项目技术上有过硬的指标。

4.2、技术要求稳定性和灵活性

帆板运动项目是一种竞速的项目, 但是表现出来的速度效果又没有其他项目那么直接, 运动员的身体和器材通过风的动力合理利用, 通过涌浪来表现速度。因此, 帆板项目的速度对运动员来说是相当重要的表现, 我们都知道, 风力和涌浪是帆板运动项目中非常不稳定的因素, 如果运动员想要在比赛中获得更好的成绩, 必须要求运动接受全面的多维空间的训练以及调整, 在稳定的基础上通过对动作幅度的调整, 来保证帆、板、人的稳定性, 必须要进行功能性的训练, 让身体具有非常稳定有利的支撑, 然后发挥比赛潜能。

4.3、需要多维度动作的稳定发挥

帆板运动项目是一个复杂多变的运动项目, 而且风浪存在变化的因素很大, 任何一个外部因素的细小变化, 运动员都要时时进行调整, 运动员进行的都是多平面多维度的动作, 不是单面的运动, 基于这种运动项目的特点, 运动员就必须具备稳定发挥技术动作的能力。

5、关于功能性训练的建议

(1) 功能训练是现代体能训练的重要组成部分之一 , 对于帆板运动员来说, 对预防伤病, 提高运动效率具有重要的意义, 而且, 教练在安排体能训练课时, 应该根据训练计划的周期性和连续性, 使功能训练融入到课堂其中, 让运动员的训练更加合理化。

(2) 功能训练通过对球、垫、板等器材和方法 , 能够拓宽训练的方法和手段, 同时全面的发展运动的功能能力。强化帆板运动员的核心稳定力, 融合运动员各个关节的灵活性和稳定性的训练, 以此来保证运动员姿态的准确性, 以及身体各个部分的动力链的传递性, 使运动员在帆板上操作更加的稳定。

(3) 通过功能训练可以使运动员得到更好的康复训练 , 帆板运动员能够快速的融入到整体的训练安排中, 在运动员训练的过程不会破坏训练的连续性, 保持运动员的运动水平, 有效的帮助运动员恢复运动速度, 减少和降低训练过程中的疼痛感。

(4) 功能训练能够使帆板运动员良好的发挥自己的肌肉 , 但前提是训练动作要非常的标准, 所以在进行功能训练的时候, 运动员必须要经历学习、适应和强化, 这三个阶段, 这样才能够保证训练的系统性和连贯性。

(5) 功能训练根据运动员身体状况的不同 , 应该采用不同的训练动作, 使得每个运动员的身体都保持在良好的状态, 同时, 要求运动员在训练过程中必须掌握呼吸与身体肌肉的良好配合, 通过调节呼吸的节奏来调整训练的大小强度。

综上所诉, 功能训练在帆板项目中的作用是不可代替的, 它不但能够帮助帆板运动员提高自身的运动潜能, 还能帮助运动员减少肌肉损伤, 恢复运动员的再生训练, 使得运动员身体达到统一的协调性, 让运动员在比赛中发挥最佳的水平。在今后的日子, 功能训练在帆板项目中会得到更加广泛的应用, 我们对这个实践会继续探索研究。

摘要：功能训练是基于运动训练的, 它可以还原人类的最基本的人体功能, 本文通过对帆板项目训练的研究, 针对这个项目的特点对帆板训练进行了特定的训练研究, 能够使运动员具备更加良好的功能, 并且通过功能训练能够保证运动员在训练时减少风险, 提高帆板运动员的运动效率。

关键词：功能训练,帆板项目,研究,实践

参考文献

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