基于C#的动物离心机上位机控制系统设计

为满足航空航天实验需要,研发一款平稳运行、功能齐全的动物离心机。根据动物离心机的结构,将控制策略分为两部分,利用电子计算机+运动控制器实现试验平台的位置控制,利用电子计算机+伺服驱动器实现主轴旋转运动控制,采用编码器反馈控制精度。上位机操作系统基于C#语言,使用Visual Studio开发工具,MySQL数据库,设置了输入异常、通信异常、主轴转速阈值、试验平台旋转角度阈值等异常处理方案,确保动物离心机设备的运行稳定。开发出的控制系统具有较高的稳定性和精确性,在离心机主轴转速为10、15、20、30 r/min,试验平台旋转角度和俯仰角度为5°、10°、15°、20°时,编码器测量结果与输入参数基本符合,运行平稳达到实验要求。研发出的动物离心机设备能够灵活、可靠运转,提供多轴向G值加速度力学环境仿真,便利高载荷力学环境下生理实验研究。

动物离心机控制系统仿真设计

针对当前动物离心机的局限性,对动物离心机控制系统进行了设计,用于航空航天医学实验。对动物离心机设备主轴控制系统进行设计研究,利用空间矢量调制搭建出动物离心机主轴电机位置、速度、转矩控制的三闭环主轴控制系统,在MATLAB/Simulink环境下,建立对主轴控制系统的仿真模型。仿真结果表明采用交流伺服控制系统能够实现动物离心机主轴的良好控制,并通过运行调试验证了主轴控制系统设计的可行性,且具有一定应用价值。

多臂多自由度动物离心机控制系统设计

针对多臂多自由度载物台的动物离心机主轴转速调节和多自由度载物台组合运动的问题,详细介绍了控制系统的硬件配置和总体设计方案。采用主从站控制架构,通过伺服控制器和多轴运动控制器实现对动物离心机的整体控制,以获得X、Y、Z三轴复合加速度。实验结果表明,多轴运动控制器控制的载物台可实现不同形式的运动组合,同时能够实现动物离心机主轴转速精确控制,且使其运行平稳可靠。

动物离心机中大鼠行为状态无线视频采集装置的研制

目的:研制一种在正加速度作用下能实时观测大鼠行为状态的实验视频采集装置,为研究正加速度导致脑损伤的病理生理机制和防治措施提供新的方法。方法:依据正加速度对大鼠体位的要求和离心机特殊的环境,通过特制的大鼠座舱和无线视频采集单元来实现对动物离心机中正加速度作用下大鼠行为状态的实时观测;固定大鼠的座舱主要由胸部固定圈、身长调节圈、头部运动限制框构成;无线视频采集单元由2.4 G无线摄像头、无线信号接收器、信号放大器、计算机以及视频采集软件组成。结果:座舱特殊的大鼠固定方式,既满足了正加速度对体位的要求,又不影响对大鼠行为状态的观测,2.4 G无线视频采集技术保证视频信号在离心机高速旋转环境下的实时传输和观测,视频画面清晰流畅,并且能保存视频供回放分析。结论:动物离心机无线视频采集装置可用于正加速度作用下大鼠行为状态的实时观测与研究。

典型返回再入过载下姿态差异对猕猴生理反应的影响研究

为探究典型登月返回过载下姿态差异对机体生理反应的影响,选取18只猕猴作为实验对象,在动物离心机上模拟过载峰值为13 G、15 G的嫦娥任务(卧姿)与阿波罗登月返回(躺姿)过载环境,采用心电监护仪监测猕猴过载前后心率、血压、血氧饱和度参数变化,并对测试前后行为学变化进行评分。实验结果表明:在峰值为13 G、15 G过载作用下,卧姿猕猴心率最大增幅分别为88%、107%,收缩压/舒张压分别增加了24 mmHg/15 mmHg、18 mmHg/12 mm-Hg,血氧饱和度分别降低了0%、5%;躺姿猕猴心率最大增幅分别为48%、28%,收缩压/舒张压分别增加了8 mmHg/-4 mmHg、2 mmHg/8 mmHg,血氧饱和度分别降低了3%、1%。13 G过载实验后,卧姿猕猴心率显著高于躺姿猕猴(P=0.015),其余生理参数均无显著差异。2种姿态过载暴露后猕猴均表现出一定程度的精神萎靡与反应灵敏性下降,但卧姿猕猴在扑咬反应上减弱更明显(P=0.035),其余差异不显著。卧姿工况较躺姿工况而言,机体的生理反应对于过载环境更为敏感,心率、血压变化幅度更大。