力量素质可以体现身体素质的高低,力量锻练对维持强壮的身体和充沛的精力起到积极作用。传统健身器材的传动系统,如电动跑步机和自行车健身器,很难做到阻力按照预先编程设定的曲线随时间或者速度实时变化,因而无法自动的实现模拟阵风强弱变化、斜坡高低变化等阻力快速变化的力量训练效果。本文结合国内外健身器材的发展现状和存在的问题研制出了一款不需要外部供电,具有智能充放电功能,而且可以实时调节阻力输出的自发电及电磁阻尼控制系统。该系统以永磁同步发电机作为阻力源,能够替代复杂的机械阻力结构和某些电动阻力结构,广泛应用在跑步机和自行车训练器等健身器中。本文研究工作如下:(1)根据使用场景,发电机需符合体积小且能量密度大的特点,利用ANSYS有限元软件对永磁同步发电机进行了建模设计,并进行了二维静态磁场和瞬态磁场的仿真分析,完成永磁同步发电机的原理模型,然后结合输出阻力需要很强跟随性的特点,对几种典型的PID算法进行仿真对比,为该系统选择了合适的阻力调节算法。(2)对系统的硬件电路原理进行了详细的研究和分析,并在电路上采用模块化设计,提高了安全性。具体有:控制器上设计的液晶显示、智能充放电、按键扫描和数据采集存储等电路,驱动器上设计的整流逆变、输入控制、功率调节和功率反馈等电路。(3)系统的软件设计。在μC/OS-II嵌入式操作系统上,对液晶屏、SD卡、按键控制等外设进行了驱动开发,并通过任务划分与设计,实现了程序升级、信息交互和运动模式调度等功能。(4)对系统进行了性能验证。与厂家协同研发,定制了三相交流永磁同步发电机,利用此发电机为此系统搭建了实验平台,首先对控制器和驱动器外设功能详细测试,然后将整套系统分别在恒功率、功率曲线、横阻尼和阻尼曲线模式下进行测试,结果表明,利用本系统制作的力量健身器,阻力能跟随设置曲线精确输出,有很好的力量训练效果,满足设计要求。