CN103002954B - 训练设备、装备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种训练设备，包括：用户用于进行锻炼的训练部件（1）；交流电动机（3）；用于控制交流电动机（3）的变频器（5），其包括测量装置和计算装置，测量装置用于测量交流电动机（3）的电压和电流，计算装置使用所测量出的电压和电流、基准转矩和基准磁通计算交流电动机（3）的磁状态，以生成交流电动机（3）的转矩。该训练设备还包括控制单元（6），其具有用于使用预期的总转矩计算基准磁通和基准转矩的机器控制模块（27），其连接至变频器（5）并被设置成将基准转矩和基准磁通发送至变频器（5）。本发明包括具有该训练设备的训练装备和用于操作训练装备的方法。该训练设备易于适用于针对锻炼人员肌肉的训练锻炼。

Description

训练设备、装备和方法
技术领域
本发明涉及一种训练设备。这种训练设备包括：用户进行锻炼的训练部件；交流电动机；以及用于控制所述交流电动机的变频器，其中，所述变频器包括测量装置和计算装置，所述测量装置用于测量所述交流电动机的电压和电流，所述计算装置用于使用所测量出的电压、所测量出的电流、基准转矩和基准磁通计算交流电动机的磁状态，以生成所述交流电动机的转矩，所述变频器可以用于直接转矩控制(DTC)操作。因此，该训练设备可适用于锻炼人员肌肉的训练锻炼。本发明还涉及一种包括该训练设备的训练装备和一种用于操作该训练装备的方法。该方法使得能够在锻炼中以交互方式来支持锻炼人员。
背景技术
在现有技术中已知用于肌肉训练的、具有电动机的训练设备。例如已知如下训练设备：在该训练设备中，计算单元向变频器提供用于生成转矩的三相交流电动机的电流的电流强度和频率的设定值。将用于测量用作训练部件的电动机驱动的曲柄的位置的位置传感器的输出信号提供给计算单元。借助于包含所有相关的机器特有的参数的存储表，计算单元基于该电动机驱动的曲柄的位置值计算转矩关于位置的期望路线所需的电动机电流的电流强度和频率的值。这些设备缺乏在高转矩范围上进行平稳训练所需的高精确度。
现有技术中已知的、具有用以生成转矩的三相交流电动机的其它训练设备测量以下两个值：通过频率-模拟速度传感器测量电动机的旋转速度，以及通过力传感器测量转矩输出。所测量出的旋转速度用于控制频率，并且所测量出的转矩用于控制电动机电流。因而，该训练设备的原理包括两个传感器和两个互连的控制回路，其实施因此涉及相对高的设计复杂度。通过传感器测量力还涉及潜在的问题，诸如温度的影响、漂移的影响以及由振动或碰撞所导致的故障的影响。
另外，在现有技术中，还已知具有与旋转角度传感器相关联的三相交流电动机的其它训练设备，其中旋转角度传感器所测量出的信号被提供给变频器和控制单元。在这些设备中，控制单元提供要由电动机生成的转矩的设定值，并且变频器使用磁场定向控制(也称为矢量控制)原理通过闭环控制回路(包括变频器、交流电动机以及附接到电动机并反馈至变频器的传感器)来控制转矩。然而，这些设备具有若干缺点。首先，由于前面存在减速装置，旋转角度传感器必须检测电动机的多个线匝，这使得传感器成为相对复杂的部件或者需要额外的计算来获得训练部件的绝对位置。其次，没有关于在电动机轴处正发生事件的直接信息。该设计很难检测出变速箱的反冲以及电动机轴后面的甚至可能是安全关键的其它影响。
另外，例如，Halabeya(High Performance Electrical Drive System for aBiomechanical Text and Rehabilitation Equipment，2000)描述了一种控制用于身体康复的训练设备中的感应电动机驱动的“常规的”DTC(直接转矩控制)方案。这种DTC控制方案将基准转矩和基准磁通与转矩和磁通的实际值进行比较。基于该比较，通过使用磁滞控制方法来生成控制信号。然而，在该设备中基准磁通被用作唯一的控制值以实现快速转矩响应时间。因此，电动机轴处的转矩量不够精确，并且，还可能发生高磁化的负面效应。这两者均导致驱动系统的不理想的高刚度，特别是在电动机工作在第二象限或第四象限(即，“作为制动器”)和处于低速的情况下。另外，Halabeya示教了如下用法：在负载轴处安装角度传感器，其中该角度传感器的信号反馈至变频器。安全措施包括安装在负载轴附近的四个开关，以及杠杆臂已达到其运动范围的上限或下限的信号。因此，Halabeya所描述的设备不能够检测危险事件，例如，角度传感器与负载轴之间的链接断开或者变频器中的故障。因此，Halabeya所描述的设备不能提供足够的安全性。
因此，存在对于改进的训练设备的未满足的需求，该改进的训练设备能够实现高度准确的响应快的训练阻力、安全性以及训练设备的电动机的快速转矩响应时间。
根据本发明，该需求通过如下所述的训练设备、训练装备、以及操作训练装备的方法来解决。
特别地，本发明涉及一种训练设备，其包括：用于锻炼人员的训练部件；交流电动机；以及用于控制所述交流电动机的变频器，其中，所述变频器包括测量装置和计算装置，所述测量装置用于测量所述交流电动机的电压和电流，所述计算装置用于使用所测量出的电压、所测量出的电流、基准转矩和基准磁通来计算所述交流电动机的磁状态，以生成所述交流电动机的转矩。可以在用于交流电动机控制的DTC控制方案中使用这样的计算。该训练设备还包括控制单元，该控制单元具有用于使用预期的总转矩来计算基准磁通和基准转矩的机器控制模块，其中，所述机器控制模块连接至所述变频器并且被设置成将基准磁通和基准转矩发送至所述变频器。
在使用中，训练部件受到训练期间由训练设备的锻炼人员所施加的力，并且作为非限制性示例，训练部件可以是曲柄。训练部件可以具有许多不同的形式，例如弓形柄、手柄等形式或者一个或两个踏板的形式或者通过线缆绞车连接到轴的线缆的形式。本发明的范围不限于曲柄，而是包括人可以施加肌力的训练部件的各种能够想到的变型。此外，这些训练部件还包括如下训练部件：这些训练部件不执行旋转运动，而执行稍后将被机械地转换成电动机轴的旋转的平移运动。在这种情况下，在此使用的术语“旋转角”，“旋转速度”和“转矩”将分别对应于术语“平移位移”或“平移速度”或“力”。在这样的锻炼期间，需要由电动机施加的力取决于大量的参数，包括机械摩擦力、惯量并且当然还包括锻炼人员想要进行的锻炼的类型。为此，在锻炼期间，控制单元计算基准转矩和基准磁通以向变频器连续地或不连续地提供所计算出的基准转矩和基准磁通。训练设备的创造性配置使得能够提供如下有益效果：例如，交流电动机的快速转矩响应时间，以及不费力地对电动机生成的转矩进行相对精确的控制。转矩响应时间在锻炼运动的反向点处是特别重要的，这是因为从训练的角度来看，期望经常从一个方向改变到另一个方向。有利地，根据在交流电动机的输出轴处所需的转矩的绝对量的函数调节基准磁通。这极大地改善了较低转矩处的训练体验，并且允许在宽范围上非常精确地调配(dosing)转矩，并且也有利于降低能量消耗，从而降低冷却需求，并且允许构建无需强制冷却而仅需对流冷却的系统。这使得能够避免由风机产生的噪音。
优选地，在控制单元中，机器控制模块将预期的总转矩分成转矩分量和磁通分量，并且基于该转矩分量和磁通分量使用特性图来计算基准磁通和基准转矩。训练设备中的基准转矩和基准磁通的计算特别有助于减小交流电动机的刚度以及精确控制由交流电动机生成的转矩。
优选地，控制单元的机器控制模块被设置成基于校正因子和提供给控制单元的预定义的训练阻力来计算预期的总转矩。基于校正因子和预定义的训练阻力计算预期的总转矩有助于补偿训练设备的摩擦力和机械惯量，由此，对于锻炼人员来说，锻炼是便利的。预定义的训练阻力可以依据训练杠杆的运动状态(包括杠杆的位置、速度和加速度)而改变，预定义的训练阻力可以依据锻炼的每次重复而改变，预定义的训练阻力可以依据锻炼中经过的时间而改变，或者预定义的训练阻力可以依据锻炼的方向而改变。
本文所使用的术语“预定义的训练阻力”涉及由锻炼人员在训练设备处预定义的或在下文所描述的其它位置处(例如，网络接口处、用户接口处)预定义的重量或难度水平，其中，每次施力针对由阻力(即，推动阻力、挤压阻力、拉伸阻力或者弯曲阻力)生成的特定反作用力而进行。这样的预定义的训练阻力用于增强骨骼肌的力量和大小。
优选地，机器控制模块包括混合控制器，以给变频器生成基准转矩和基准磁通。混合控制器在计算基准转矩和基准磁通之前运行。
在训练设备中使用混合控制器使得能够实现可基于离散状态切换的多个控制器的组合，其中离散状态诸如为：仅设置转矩的状态；作为替代，控制位置的状态；以及与安全功能有关的状态。出于安全目的，限制电动机的最大速度，使得在锻炼人员释放训练部件或训练部件滑落的情况下，训练部件不能以最大可能速度迅速返回。同样，出于安全目的，有利的是限制交流电动机的最大转矩，以避免应力过度的风险和持续伤害的危险。
优选地，机器控制模块包括级联控制装备，以给变频器生成基准转矩和基准磁通。
本文所使用的术语“级联控制装备”涉及一种用于控制电动机驱动(例如交流电动机)的控制模型，其中，设置有用于旋转速度(ω)的内部控制电路以及用于位置(phi)的外部控制电路。Phi和ω的限值可以作为饱和函数集成在该电路中，或者可以被集成在变频器中。该级联控制装备有助于改进训练设备中的安全临界测量的可靠性。现有技术中已知用于将该级联控制装备实施到训练设备中的具体方式。
优选地，变频器的计算装置包括用于计算交流电动机的磁状态的数学模型。这种数学模型有助于确定交流电动机的磁状态，并因此有助于交流电动机的精确控制。
本文所使用的术语“数学模型”涉及用于描述训练设备的模型。在本文中，数学模型可以采用许多形式，包括但不限于动态系统、统计模型或微分方程、表或者它们的组合。这些模型及其它类型的模型可以与具有大量抽象结构的给定模型重叠，并且可以实施这些模型及其它类型的模型以描述训练设备。
优选地，变频器的计算装置包括用于计算交流电动机的旋转速度和交流电动机的温度的数学模型。交流电动机的旋转速度和交流电动机的温度的计算使得能够精确控制训练设备中的基准转矩和基准磁通。另外，为了在不使用温度传感器的情况下跟踪交流电动机的温度，使用热模型来近似电动机温度。
优选地，训练设备包括连接到训练部件的角位置传感器，其中，角位置传感器用于感测训练部件的位置，并且将所感测到的位置发送给控制单元，并且其中，控制单元被设置成使用所感测到的位置来调节基准转矩和基准磁通。
角位置传感器被安装到例如包括杠杆臂的训练部件。角位置传感器向控制单元提供杠杆臂的实际运动的反馈，控制单元根据角位置传感器的值、由变频器计算的旋转速度以及锻炼人员的特定数据集来调节基准转矩和基准磁通。优选地，针对训练设备的安全性，设想：不将安装在杠杆轴处的角位置传感器的信号反馈给变频器，而是反馈给高级控制单元。因此，能够检测危险事件，诸如，角位置传感器与交流电动机的负载轴之间的链接断开或者变频器中的故障。
出于有效训练和安全的目的，限制锻炼人员的可能的运动范围是重要的。为了达到这个目的，控制单元可以根据由杠杆臂处的角位置传感器所测量的杠杆臂的角度来改变转矩，使得如果超过给定的角度，则转矩增加，就好像存在机械制动器一样。增加的转矩还随着进一步的角运动的函数而增加，使得例如可以模拟机械弹簧。为了防止杠杆的反弹，该额外的力可以依赖于运动的方向并且对于弹簧通常将会扩张至的方向被设置为零。
优选地，控制单元包括通信模块，该通信模块用于发送包括预定义的训练阻力的训练数据以及获得训练数据。本文所使用的术语“训练数据”涉及训练开始之前所需的数据，包括：个人和身体特有的数据、设备设置(例如锻炼人员的位置、设备的固定位置)以及训练计划(包括训练目标、训练方法、训练频率、训练设备的编号和顺序、训练竞赛的频率、训练重量)。另外，术语“训练数据”涉及训练期间记录的数据，包括：锻炼频率、所施加的重量、角位置传感器的传感器信号的数据以及训练目标的完成程度。该通信模块有助于将训练数据从训练设备发送到例如远程数据库服务器(例如中心数据库服务器)，并且还有助于接收锻炼人员的训练数据。
优选地，通信模块被设置成连接至数据库，以将训练数据存储到数据库中以及从数据库获得训练数据。例如，本实施方式有助于将唯一的识别符发送到数据库，其由使用识别系统(例如：智能卡、非接触式智能卡、指纹检测、用户识别码、个人识别码(PIN)系统、条形码设备、磁卡、或者包括射频识别设备(RFID)和蓝牙设备的无线设备)在训练设备处识别的锻炼人员提供。该数据库可以在本地数据库服务器上实施、在远程数据库服务器(例如中心数据库服务器)上实施或在训练设备本身中实施。本文所使用的术语“数据库服务器”涉及向其它装置、模块、或设备提供数据库服务的计算机程序。在训练设备本身上实施数据库使得即使在网络连接暂时故障的情况下也能够使用机器，从而提高了机器的可靠性和故障安全性。
优选地，通信模块被设置成连接到网络并且经由网络发送和接收训练数据。通信模块有助于通过网络连接来发送和接收数据。作为非限制性示例，通信模块将训练设备处的训练结果发送到远程数据库，以及接收关于想要在训练设备处锻炼的锻炼人员的训练的数据。
在本发明的另一方面，一种训练装备，包括如上所述的训练设备、数据库和网络接口，其中，数据库连接到网络接口并连接到训练设备的控制单元的通信模块，其中，网络接口和数据库被设置成经由网络接口存储或处理训练数据。该训练装备有助于提供交互方式来帮助锻炼人员实现他或她的训练目标。
优选地，训练装备的数据库经由万维网连接到网络接口。本文所使用的术语“万维网”被理解为由格式化文档的集合组成的计算机网络，该格式化文档通过经由互联网访问的超文本传输协议来提供数据(如训练数据)。这些文档以被称为HTML(超文本标记语言)的标记语言格式化，HTML支持到其它文档以及图形、音频和视频文件的链接。这意味着可以通过点击热点从一个文档跳转至另一文档。存在能够访问万维网的若干应用程序，如网络浏览器。因此，万维网是用于交换数据(例如，训练装备中或训练设备中的训练数据)的有效工具。
在本发明的又一方面，训练装备包括训练设备、数据库和网络接口，其中数据库被设置成与网络接口连接并且与训练设备连接。
在本发明的再一方面，一种用于操作训练装备的方法，包括以下步骤：将包括预定义的训练阻力的训练数据发送至数据库；经由网络接口处理所发送的训练数据；以及将处理后的训练数据发送至训练装备的训练设备的控制单元。
本文所使用的术语“用户接口”涉及一种人们通过其与训练设备进行交互的模块。这种用户接口可以包括硬件(物理的)组件和软件(逻辑的)组件。用户接口存在于各种装置、模块或设备，并且提供例如允许锻炼人员操纵该装置、模块或设备的输入装置和/或例如允许系统显示锻炼人员的操纵效果的输出装置。
优选地，在根据本发明的方法中，发送训练数据包括将预定义的训练阻力从网络接口发送至数据库。
优选地，该方法还包括以下步骤：使存储在数据库中的数据与中心数据库服务器同步，其中，所述数据包括：所发送的训练数据、处理后的训练数据、包括预定义的训练阻力的训练数据。
在本发明的再一方面，根据本发明的、用于操作训练装备的方法包括以下步骤：将包括预定义的训练阻力的训练数据从用户接口发送至数据库；通过使用网络接口来处理所发送的训练数据；以及将处理后的训练数据发送至根据本发明的训练装备的训练设备的控制单元。
本文所使用的术语“同步”要在计算机科学领域中理解，并且指的是需要保持数据集(例如训练数据)的多个副本彼此一致。在数据库或远程数据服务器(例如中心数据库服务器)与网络接口之间的数据(如训练数据)的同步可以被连续地或不连续地执行。在根据本发明的方法中，设想了所有各种数据(例如训练数据，包括：处理后的训练数据、所发送的训练数据以及包括预定义的训练阻力的训练数据)的同步。因此，训练数据的同步能够以不同的方式发生，例如，经由万维网在数据库与远程数据库服务器(如中心数据库服务器)之间发生，或者在数据库与用于存储数据的网络接口之间发生，或者在用于存储数据的用户接口与数据库和/或远程数据库服务器(如中心数据库服务器)之间发生。
优选地，训练程序是具有预定义的阻力和预定义的重复次数和组数的传统训练，或者“金字塔”式训练，其中阻力以低水平开始，其随着重复次数的前半部分增加，并且随着重复次数的后半部分减少。此外，在本发明中，设想了用于测量锻炼人员的最大力量的程序。为此，杠杆臂处的转矩可以随着杠杆臂的角度而增加，类似于机械弹簧，并且锻炼人员达到的最大角度与其最大力量成比例。作为替代方法，可以以通过使用闭环控制回路来保持固定位置的方式来控制杠杆臂。控制器为保持该固定位置所需的转矩量是锻炼人员施加于训练杠杆上的力的度量。这样，能够以等量的方式测量最大力。在锻炼结束之后，生成描述所有训练结果的数据集。在该数据集中，存储关于所完成的重复次数、组数、重量的信息以及传感器数据的记录，并且通过网络连接将其发送给远程数据库。反过来，可以经由数据库服务器访问该数据库，其中，在数据库服务器中，锻炼人员可以通过网站来查看所采集的数据和基于该数据的其它分析。此外，可以通过数据库或中心数据库服务器来完成对所保存的变量(如训练计划)的调节，并且通过训练设备的网络连接而同步，使得一旦下一次在训练设备处识别锻炼人员，则这些调节是可用的。
附图说明
在下文中，通过示例性实施方式并参照所附的非限制性附图来更详细地描述根据本发明的设备，其中：
图1示出了根据本发明的训练设备的示意图；以及
图2示出了根据图1的训练设备的控制单元的示意图。
具体实施方式
图1示出了训练设备的示意图。训练设备包括经由减速装置2互连的训练部件1和交流电动机3。训练设备还包括变频器5和控制单元6，其中，变频器5经由连接件4连接至交流电动机3，控制单元6连接至变频器5。控制单元6还经由数据连接件24连接到安装在训练部件1的输出轴处的角位置传感器13。另外，控制单元6经由数据连接件14连接至用户接口7、经由用户接口连接件15连接至识别系统8，以及经由数据网络连接件20连接至数据库9。数据库9经由网络连接件21连接至网络10。网络10经由网络连接件22连接至中心数据库服务器11。中心数据库服务器11经由网络连接件23连接至网络接口12。
在操作中，训练部件1受到训练期间由训练设备的锻炼人员施加的力。例如，训练部件1可以为曲柄形式。另外，训练部件1可以具有不同的形式，例如弓形柄、手柄等形式或者一个或两个踏板的形式或者通过线缆绞车连接到轴的线缆的形式。
变频器5控制交流电动机3的三相的频率、电压和电流，以获得交流电动机3的特定转矩。由控制单元6提供到变频器5的输入，该输入向变频器5提供基准转矩Mref的值和基准磁通Фref的值。
出于控制目的，变频器5计算电动机的旋转角速度(ωcalc)和温度(Tcalc)并且将其发送至控制单元6。此外，安装在训练部件1的输出轴处的角位置传感器13感测训练部件的实际位置并且将信号转发至控制单元6。另外，识别系统8使得锻炼人员能够在训练设备处进行识别。识别系统8包括智能卡、非接触式智能卡、指纹检测、用户识别码、个人识别码(PIN)系统、条形码设备、磁卡或包括射频识别设备和蓝牙设备的无线设备。然后，经由用户接口连接件15将唯一的识别符从用户识别系统8发送至控制单元6。为了进一步交互，设置了用户接口7，用户接口7经由数据连接件14获取数据并经由数据连接件14将锻炼人员的输入信号发送回控制单元6。在一种实施方式中，用户接口7是具有用以键入和显示训练数据的触摸屏的设备。控制单元6装配有数据网络连接件20。通过此连接件，控制单元6与数据库9交换训练数据，数据库9本身经由网络连接件21与网络10(如万维网)连接。通过使用网络接口12，可以查看训练数据以及可以处理训练设备的设置。训练数据在中心数据库服务器11与数据库9之间是同步的。数据库9和/或中心数据库服务器11连接至网络接口12并且还连接至训练设备，其中网络接口12及数据库9和/或中心数据库服务器11被设置成经由网络接口12来存储或处理训练数据。优选地，交流电动机3的旋转角速度不使用传感器来测量而是使用数学电动机模型在变频器5中计算。另外，在变频器5中实现用于交流电动机3的直接转矩控制方案。利用直接转矩控制，通过磁滞控制器控制磁通和转矩两者，这使得控制器反应迅速，并且可以将直流电动机的优点(如转矩直接控制和磁通直接控制)转让给交流电动机3。因此，消除了在电动机处设置编码器的需要。
图2示出了根据图1的训练设备的控制单元6的示意图。控制单元6包括通信模块25、用户接口模块26和机器控制模块27。优选地，通信模块25连接至网络连接件20并且还连接至用户接口模块26，用户接口模块26进一步连接至机器控制模块27。数据连接件24关联到机器控制模块27。用户接口模块26还经由用户接口连接件15连接至识别系统8，并且经由数据连接件14连接至用户接口7。数据网络连接件20关联到通信模块25。
优选地，通信模块25通过网络连接件20发送和接收数据，尤其是，通信模块25经由数据网络连接件20将训练设备处的训练结果发送至数据库9，另外还接收关于想要在训练设备处进行锻炼的锻炼人员的训练数据。该数据可以包含关于重量、重复次数和组数的信息以及训练设备特有的设置(如固定位置或底座位置)或者关于锻炼人员的训练模式或历史训练数据的信息。
控制单元6还包括用户接口模块26，用户接口模块26经由用户接口连接件15从识别系统8接收锻炼人员的识别数据，并且向锻炼人员提供信息。锻炼人员经由数据连接件14与用户接口7交互。这些输入被转发至用户接口模块26并在用户接口模块26进行处理。
控制单元6还包括机器控制模块27。特别地，机器控制模块27计算基准转矩和基准磁通的设定值。为了生成这些值，可以使用两个有利的原理。一种可能是实施级联控制装备，即用于旋转速度ω的内部控制电路和用于位置phi的外部控制电路。phi和ω的限值可以集成为该电路中的饱和函数或者可以集成在变频器中，以提高安全临界测量的可靠性。可替代地，可以使用实施于机器控制模块27中的混合控制器。
混合控制器具有不同的离散状态，即，仅设置转矩的状态；作为替代，控制位置的状态；以及与安全功能有关的状态。在这些状态下，控制器充当连续控制器，但是当发生外部事件时，可以改变离散状态。例如，超过速度ω的上限则触发如下信号，该信号将控制器设置到处理该问题的状态，直到问题被解决为止，然后再切换回另一状态。
下面提出执行本发明的一种可能：对于训练设备，为了知晓执行哪种训练程序，锻炼人员在训练设备处进行识别。用户接口模块26连接至识别系统8，识别系统8使得锻炼人员能够使用识别装置(例如，智能卡、非接触式智能卡、指纹检测、用户识别码、个人识别码(PIN)系统、包括射频识别设备、蓝牙设备的无线设备、条形码设备或磁卡)在训练设备处进行识别。经由用户接口连接件15将唯一的识别符发送至控制单元6。控制单元6被设置成将唯一的识别符发送至数据库9和中心数据库服务器11。数据库9和中心数据库服务器11将该唯一的识别符分配给随后被发送至控制单元6的数据。训练数据包括：关于锻炼人员的数据，即名字；关于训练设备设置的数据，即锻炼人员的位置、固定位置、机械止动装置的位置；以及关于训练计划的信息，即关于分配给训练设备的锻炼的信息，例如，训练重量、锻炼频率、锻炼速度以及即将进行的锻炼的指示。特别地，在这组数据中，存储有包括关于训练的所有可能信息的训练计划，包括：在哪个时段训练计划是有效的、应该多久进行一次锻炼、按照哪种顺序涉及了哪个训练设备、在各组与训练设备之间应保持怎样的休息间隔、应该多快地进行锻炼运动、应该设置哪种机械位置(例如，低座的机械位置)、以及训练重量如何随着训练角度、重复计数或设定计数或所有这些因素的组合而变化、以及应当设置怎样的运动范围。
控制单元6基于由数据库9和/或中心数据库服务器11提供的数据来调节训练设备的设置，以激活训练课程，如具有恒定的训练重量和定义的锻炼频率的力量训练。随后，控制单元6将例如基准转矩和基准磁通的数据发送至变频器5，从而开始训练课程。基于经由角位置传感器13的反馈信号所提供的关于锻炼人员的数据，控制单元6将训练杠杆的位置调节到个人初始设置。
在训练杠杆被轻微抬高的情况下，控制单元6计算预期的总转矩，该预期的总转矩被设置成基于校正因子和提供给控制单元6的预定义的训练阻力来计算，其中，控制单元6包括机器控制模块27，机器控制模块27连接至变频器5，并且被设置成将基准磁通和基准转矩发送至变频器5。所计算出的预期的总转矩被从控制单元6发送至变频器5。
锻炼期间需要由电动机施加的力取决于大量的参数，包括机械摩擦力和惯量并且当然还包括锻炼人员想要进行的锻炼的类型。为此，控制单元6在锻炼期间计算基准转矩和基准磁通，以向变频器5提供所计算出的基准转矩和基准磁通。另外，在锻炼期间，控制单元6分析由角位置传感器13提供的数据。该分析提供关于锻炼人员是否完成了预设的训练计划的信息。该信息将经由用户接口7提供给锻炼人员。
完成锻炼之后，控制单元6将训练杠杆调节到初始位置。锻炼期间采集的所有数据经由通信模块25被发送并存储至数据库9和中心数据库服务器11。锻炼人员经由用户接口7被告知即将进行的锻炼。
尽管在附图和上述说明中示出并详细描述了本发明，这种示出和描述应被认为是说明性的或示例性的，而非限制性的。应该理解，本领域的技术人员可以在所附权利要求的精神和范围之内进行变化或修改。特别地，本发明涵盖具有根据上下文所描述的不同实施方式的特征的任意组合的另外的实施方式。
本发明还涵盖图中所示的所有其它特征，尽管它们可能没有在说明书上下文中描述。另外，在权利要求中，词语“包括”不排除其它的部件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或者“一个(an)”不排除多个。单个步骤可以完成权利要求中所述的若干特征的功能。特别地，与属性或值有关的术语“基本上”、“大约”、“近似”等各自还精确地定义属性或值。计算机程序可以被存储/分发到合适的介质上(例如，与其它硬件一起提供的或作为其它硬件的部分提供的光存储介质或固态介质)，但计算机程序也可以以其它形式分发，例如经由因特网或者其它有线或无线的电信系统。权利要求中的任何附图标记不应该被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种训练设备，包括：
用于锻炼人员的训练部件(1)；交流电动机(3)；以及用于控制所述交流电动机(3)的变频器(5)，其中，所述变频器(5)包括测量装置和计算装置，所述测量装置用于测量所述交流电动机(3)的电压和电流，所述计算装置用于使用所测量出的电压、所测量出的电流、基准转矩和基准磁通来计算所述交流电动机(3)的磁状态，以生成所述交流电动机(3)的转矩，
其中，所述训练设备包括控制单元(6)，所述控制单元(6)具有机器控制模块(27)，所述机器控制模块(27)被设置成使用预期的总转矩来计算所述基准磁通和所述基准转矩，其中，所述机器控制模块(27)连接至所述变频器(5)并且被设置成将所述基准磁通和所述基准转矩发送至所述变频器(5)，
其中，在所述控制单元(6)中，所述机器控制模块(27)将所述预期的总转矩分成转矩分量和磁通分量，并且基于所述转矩分量和所述磁通分量使用特性图来计算所述基准磁通和所述基准转矩。
2.根据权利要求1所述的训练设备，其中，所述控制单元(6)的所述机器控制模块被设置成基于校正因子和提供给所述控制单元(6)的预定义的训练阻力来计算所述预期的总转矩。
3.根据权利要求1或2所述的训练设备，其中，所述机器控制模块(27)包括混合控制器，以给所述变频器(5)生成所述基准转矩和所述基准磁通。
4.根据权利要求1所述的训练设备，其中，所述机器控制模块(27)包括级联控制装备，以给所述变频器(5)生成所述基准转矩和所述基准磁通。
5.根据权利要求1或2所述的训练设备，其中，所述变频器(5)的所述计算装置包括用于计算所述交流电动机(3)的所述磁状态的数学模型。
6.根据权利要求1或2所述的训练设备，包括连接至所述训练部件(1)的角度传感器(13)，其中，所述角度传感器(13)用于感测所述训练部件(1)的位置并且将所感测到的位置发送至所述控制单元(6)，并且其中，所述控制单元(6)被设置成使用所感测到的位置来调节所述基准转矩和所述基准磁通。
7.根据权利要求2所述的训练设备，其中，所述控制单元(6)包括通信模块(25)，所述通信模块(25)被设置成发送包括所述预定义的训练阻力的训练数据以及获得训练数据。
8.根据权利要求7所述的训练设备，其中，所述通信模块(25)被设置成连接至数据库(9)，以将训练数据存储到所述数据库(9)中以及从所述数据库(9)获得训练数据。
9.根据权利要求7所述的训练设备，其中，所述通信模块(25)被设置成连接到网络(10)，并且经由所述网络(10)来发送和接收训练数据。
10.根据权利要求8所述的训练设备，其中，所述通信模块(25)被设置成连接到网络(10)，并且经由所述网络(10)来发送和接收训练数据。
11.一种训练装备，包括：数据库(9)、网络接口(12)和根据权利要求7至10中的任一项所述的训练设备，其中，所述数据库(9)连接至所述网络接口(12)并且还连接至所述训练设备的所述控制单元(6)的所述通信模块，并且其中，所述网络接口(12)和所述数据库(9)被设置成经由所述网络接口(12)来存储和/或处理训练数据。
12.根据权利要求11所述的训练装备，其中，所述数据库(9)经由万维网连接至所述网络接口(12)。
13.一种用于操作根据权利要求11或12所述的训练装备的方法，包括以下步骤：
将包括所述预定义的训练阻力的训练数据发送至所述数据库(9)；
经由所述网络接口(12)来处理所发送的训练数据，以及
将处理后的训练数据发送至所述训练装备的所述训练设备的所述控制单元(6)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，发送训练数据的步骤包括：将预定义的训练阻力从所述网络接口(12)发送至所述数据库(9)，或者从所述训练设备的所述控制单元(6)的用户接口(7)发送至所述数据库(9)。
15.根据权利要求13或14所述的方法，还包括以下步骤：使存储于所述数据库中的数据与中心数据库服务器同步，其中，所述数据包括：所发送的训练数据、处理后的训练数据、包括预定义的训练阻力的训练数据。
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