模糊自适应PID在下肢外骨骼助力腿中的仿真研究

【摘要】下肢外骨骼助力腿是由人类穿着,并为穿戴者提供助力功能的人机一体化系统。下肢外骨骼助力腿是多种高新科技的集成,涉及自动控制、机电工程、生物工程以及人工智能等多学科领域,是近年来比较热门的研究领域之一。针对下肢外骨骼助力腿智能控制内容,本文主要做了以下几个方面的研究。首先,对比目前国内外下肢外骨骼助力腿的研究现状,分析下肢外骨骼助力腿的研究趋势,选择借鉴适合本系统的设计理念。对构成下肢外骨骼助力腿的机械系统、驱动系统、传感器感知系统、控制系统和能源系统等五大系统进行简要分析,初步确定出下肢外骨骼助力腿的各系统的构成。其次,本文选取液压驱动作为下肢外骨骼助力腿的驱动系统,针对该系统的伺服阀、液压缸以及其他环节分别推导出各自的传递函数。在此基础上,选用液压系统元器件相关数据建立数学模型,为具体的控制分析提供模型基础。再次,针对下肢外骨骼助力腿这一具体研究对象,分别运用常规PID控制算法以及模糊自适应PID控制算法进行分析,并在Matlab的Simulink环境中进行模型搭建与仿真,对其结果进行分析。仿真结果表明,模糊自适应PID控制算法具有超调量小、稳定性能好、过渡时间短、控制精度高等优点,而且具有良好的动态性能和静态性能,模糊自适应PID控制明显优越于常规PID控制。在下肢外骨骼助力腿的控制系统中使用模糊PID控制算法有助于提高系统的控制性能。最后,对下肢外骨骼助力腿运行方案进行初步设计,为以后的研究给出一定的方向。
【作者】余正飞；
【导师】吴榕；
【作者基本信息】厦门大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】助力腿；外骨骼；液压驱动；模糊PID控制；

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