本发明涉及健身设备，尤其涉及能够提供力量训练功能的电子配重式力量训练器械及其控制方法。
1、近些年来家用健身器材有了大的发展，具有综合功能的智能家用健身器材陆续上市。有以家用智能自行车做有氧锻炼的健身设备，有以家用华体会股份有限公司智能健身镜做有氧锻炼的健身设备等，还有以电机设置阻力的方式(即电子配重式)替代传统力训健身器材的配重块配重的方式的新型智能家用力量训练器械。
2、电子配重式力量训练器械使用电子配重替代物理配重，通过控制电机以电生磁力提供阻力。使用者对抗电机产生的阻力，将与电机连结的拉绳向外拉出，模拟了传统的拉动物理配重块的拉力器的健身方式。
3、另一方面，作为一种力量训练方式的等速运动训练，又称等速肌力运动、可调节抗阻运动或恒定角速度运动，通常是利用专门设备，根据运动过程的肌力大小变化，相应调节外加阻力，使整个关节运动依预先设定速度运动，运动过程中肌肉用力仅使肌张力增高，力矩输出增加。
4、等速运动技术在肌肉功能测试上具有很好的准确性、可靠性和可重复性，在肌力训练上具有很好的安全性、高效性和合理性，故在体育训练及康复医学的临床实践和科学研究中有广泛的应用前景。
1、随着综合功能的智能家用健身器材的发展，人们正在开发利用智能家用健身器材来提供等速运动的技术。在电子配重式力量训练器械中，可以使设备的输出(绳索把手或连杆握把等)以恒定速度运动来实现，一般可以用小电机驱动大减速比的传动结构实现等速运动。
2、然而，综合功能的力量训练器械需要在同一个设备上实现等张训练和等速训练等多种训练模式，如果采用了阻力较大的大减速比传动结构，等张训练的阻力会比较大，顺畅性也会受影响。
3、此外，现有的等速肌力训练器为了调节电机的输出，均需要配置转矩传感器来检测输出端的转矩，这要求力量训练器械在输出端装备转矩传感器，大大限制了力量训练器械的结构设计空间，增大了力量训练器械的体积和系统复杂度。
4、为此，本发明提供一种力量训练器械，能够降低力量训练器械的阻力，实现包括等速训练在内的多种训练模式。
5、此外，本发明提供一种力量训练器械及其控制方法，无需外置测力传感器就能够精确地获取外力来控制电机的速度，实现包括等速训练在内的多种训练模式。
7、为了解决上述问题，本发明提供一种力量训练器械，包括为力量训练提供电子配重的永磁电机，以及与所述永磁电机的转子耦合的力量输出输入结构，所述力量训练器械包括：测量所述永磁电机的旋转角度的旋转编码器；测量所述永磁电机的电流的电流传感器；用于驱动所述永磁电机的逆变器；电流控制器，其根据来自所述旋转编码器的位置检测信号、来自所述电流传感器的采样电流和来自外部的给定电流值，生成输出到所述逆变器的驱动控制信号；速度控制器，其根据所述永磁电机的当前转速和给定的目标转速生成所述给定电流值，并将该给定电流值输出到所述电流控制器；和运动及显示控制器，其基于来自用户或上位机的训练行程设定值、训练速度或训练拉力设定值、以及所述力量输出输入结构的当前位置/转速的至少一者，生成所述目标转速并将该目标转速输出到所述速度控制器，并且将所述力量输出输入结构的当前拉力值和当前位置作为发力曲线信息输出，其中，所述力量输出输入结构通过较小传动阻力的传动机构与所述永磁电机的转子连接，其中，所述当前转速和当前位置是基于所述旋转编码器的位置检测信号获取的，所述当前拉力值是从所述电流传感器的采样电流经过规定的运算获取的。
8、优选所述训练行程包括向心运动行程和运动方向与所述向心运动相反的离心运动行程，所述运动及显示控制器进行控制，以使得在所述向心运动行程中所述力量输出输入结构的当前位置到达近端极限位置时将所述目标转速的方向切换为所述离心运动的方向，在所述离心运动行程中所述力量输出输入结构的当前位置到达远端极限位置时将所述目标转速的方向切换为所述向心运动的方向，在所述向心运动行程和所述离心运动行程的至少任一者中，使所述力量输出输入结构进行等速运动或使所述永磁电机以等速转动。
9、优选所述当前拉力值，是在规定的第一时间内保持所述当前转速不变，在该规定的第一时间内从所述电流传感器的采样电流经过所述规定的运算获取的。
10、优选所述永磁电机为三相永磁同步电机，所述电流传感器测量所述三相永磁同步电机的至少两相电流信号，所述逆变器为三相逆变电路，所述给定电流值为给定q轴电流值，所述驱动控制信号为svpwm信号，还包括电流转换器，其基于所述至少两相电流信号和来自所述旋转编码器的位置检测信号将所述至少两相电流信号转换成d轴电流值和q轴电流值，所述当前拉力值是是基于所述q轴电流值求取的。
11、优选所述当前拉力值，是在所述规定的第一时间内保持所述当前转速不变，多次获取所述q轴电流值iq，并对多次获取的所述q轴电流值iq进行滤波和平均计算来获取所述q轴电流值的平均值iq平均，基于iq平均求取的。
12、优选所述运动及显示控制器还基于所述力量输出输入结构的当前拉力值进行控制，当所述当前拉力值小于规定的最小张力设定值时将所述目标转速设定为0。
13、并且，本发明提供一种力量训练器械的控制方法，其中，所述力量训练器械为如上所述的力量训练器械，所述控制方法控制所述永磁电机的旋转以使得用户能够进行包括向心运动行程和离心运动行程的等速力量训练，所述控制方法包括：等速运动控制步骤(s1a、s2a)，在所述向心运动行程和离心运动行程中，基于所述运动及显示控制器输出的目标转速、所述旋转编码器的位置检测信号以及所述电流传感器的采样电流，通过所述速度控制器、所述电流控制器以及所述逆变器控制所述永磁电机使其以预先设定的训练速度旋转，其中，在所述向心运动行程和所述离心运动行程的至少任一者中，使所述力量输出输入结构进行等速运动或使所述永磁电机以等速转动；发力曲线信息获取及输出步骤(s1b、s2b)，在所述向心运动行程和离心运动行程中，基于所述旋转编码器的位置检测信号获取所述力量输出输入结构的当前位置，从所述电流传感器的采样电流经过规定的运算获取所述力量输出输入结构的当前拉力值，并将所当前拉力值和当前位置作为发力曲线信息输出；和运动方向切换步骤(s3)，所述运动及显示控制器进行控制，以使得在所述向心运动行程中所述力量输出输入结构的当前位置到达预先设定的近端极限位置时将所述目标转速的方向切换为所述离心运动的方向，在所述离心运动行程中所述力量输出输入结构的当前位置到达预先设定的远端极限位置时将所述目标转速的方向切换为所述向心运动的方向。
14、优选在规定的第一时间内保持所述当前转速不变，在该规定的第一时间内从所述电流传感器的采样电流经过所述规定的运算获取所述当前拉力值。
15、优选所述永磁电机为三相永磁同步电机，所述电流传感器测量所述三相永磁同步电机的至少两相电流信号，所述逆变器为三相逆变电路，所述给定电流值为给定q轴电流值，所述驱动控制信号为svpwm信号，还包括电流转换步骤，其基于所述至少两相电流信号和来自所述旋转编码器的位置检测信号将所述至少两相电流信号转换成d轴电流值和q轴电流值，所述当前拉力值是是基于所述q轴电流值求取的。
16、优选所述当前拉力值，是在所述规定的第一时间内保持所述当前转速不变，多次获取所述q轴电流值iq，并对多次获取的所述q轴电流值iq进行滤波和平均计算来获取所述q轴电流值的平均值iq平均，基于iq平均求取的。
17、优选在所述向心运动行程和离心运动行程中，所述运动及显示控制器还基于所述力量输出输入结构的当前拉力值进行控制，当所述当前拉力值小于规定的最小张力设定值时将所述目标转速设定为0。
19、采用本发明的力量训练器械，由于力量输出输入结构通过较小传动阻力的传动机构与电机的转子连接，并且基于来自用户或上位机的训练行程设定值、训练速度或训练拉力设定值、以及力量输出输入结构的当前位置/转速的至少一者生成目标转速来控制电机的运行，因此，能够充分降低力量训练器械的阻力，从而能够顺畅地进行包括等速运动在内的各种模式的力量训练。
20、采用本发明的力量训练器械及其控制方法，能够基于旋转编码器的位置检测信号获取电机的当前转速，并基于电机当前的电流值得到当前拉力值。并基于用户设定的质量拉力模型生成电机的目标转速，通过速度控制器、电流控制器和逆变器对电机进行控制使其转速成为该目标转速。这样，无需外置测力传感器就能够精确地获取外力来控制电机的速度，实现包括等速训练在内的多种训练模式。
