模糊自适应PID在下肢外骨骼助力腿中的仿真研究

发布时间：2017-09-24 08:21

  本文关键词：模糊自适应PID在下肢外骨骼助力腿中的仿真研究

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【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。
【关键词】：助力腿 外骨骼 液压驱动 模糊PID控制
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 选题背景与研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14
• 1.3 下肢外骨骼助力腿的发展趋势14-15
• 1.4 主要研究目的及意义15
• 1.5 论文研究内容15-17
• 第二章 下肢外骨骼助力腿系统构成17-24
• 2.1 引言17-18
• 2.2 机械结构概述18-19
• 2.3 驱动系统分析19-20
• 2.4 传感器感知系统分析20-22
• 2.4.1 传感器布置方案20-22
• 2.4.2 多传感器数据融合技术概述22
• 2.5 控制系统概述22-23
• 2.6 能源系统概述23
• 2.7 本章小结23-24
• 第三章 下肢外骨骼助力腿液压驱动系统的建模分析24-33
• 3.1 引言24
• 3.2 电液伺服阀传递函数24-25
• 3.3 液压缸传递函数25-30
• 3.4 其他环节传递函数30
• 3.5 液压驱动控制系统建模30-32
• 3.6 本章小结32-33
• 第四章 PID控制系统设计与仿真分析33-41
• 4.1 引言33
• 4.2 PID控制系统概述33-39
• 4.2.1 PID控制系统设计33-34
• 4.2.2 数字PID控制系统设计34-37
• 4.2.3 PID控制器参数整定方法37-39
• 4.3 液压驱动系统的PID控制仿真与分析39-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第五章 模糊自适应PID控制系统设计与仿真分析41-63
• 5.1 引言41
• 5.2 模糊控制理论41-45
• 5.2.1 模糊控制简介41
• 5.2.2 模糊控制基本原理41-43
• 5.2.3 采样时间的选择43
• 5.2.4 模糊控制器结构的设计43-44
• 5.2.5 模糊化处理44-45
• 5.3 模糊自适应PID控制理论45-47
• 5.3.1 模糊自适应PID控制简介45
• 5.3.2 模糊自适应PID控制算法45-46
• 5.3.3 模糊自适应PID控制系统结构46-47
• 5.4 模糊自适应PID控制器的设计47-57
• 5.4.1 模糊自适应PID控制器的结构设计47
• 5.4.2 模糊子集和隶属度表47-48
• 5.4.3 下肢外骨骼助力腿液压系统模糊控制规则的设计48-51
• 5.4.4 模糊关系51-53
• 5.4.5 模糊推理53-56
• 5.4.6 模糊控制查询表56-57
• 5.5 SIMULINK仿真模型的建立57-59
• 5.5.1 量化因子和比例因子57-58
• 5.5.2 SMULINK仿真模型58-59
• 5.6 SIMULINK动态仿真59-62
• 5.7 本章小结62-63
• 第六章 下肢外骨骼助力腿运行方案设计63-76
• 6.1 感知模块64-72
• 6.1.1 传感器选型64-68
• 6.1.2 足底压力传感系统的设计68-72
• 6.2 控制模块72-75
• 6.3 本章小结75-76
• 第七章 总结76-78
• 7.1 论文的主要研究内容76
• 7.2 今后工作展望76-78
• 参考文献78-80
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果80-81
• 致谢81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王明鑫;俞光荣;陈雁西;杨云峰;黄四平;胡孙君;;正常中国成年人足底压力分析[J];中国矫形外科杂志;2008年09期

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本文编号：910347