基于遗传算法与模糊推理的智能DSP控制器及在仿生人工腿中的应用

发布时间：2017-04-25 02:18

  本文关键词：基于遗传算法与模糊推理的智能DSP控制器及在仿生人工腿中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：智能人工腿是机器人学和生物医学工程学领域一个备受关注的研究课题，它将智能控制理论、微电子技术、计算机控制技术、机械设计与制造及生物医学工程等技术融合在一起。它的优点是其步行速度可自然、随意地跟随截肢者步行速度的变化而变化。开展该项目的研究对帮助那些截肢者回归主流社会，减轻社会及其家庭负担具有重要意义。 智能人工腿主要由膝关节、控制膝关节屈伸运动及小腿摆动的执行机构、踝关节、脚以及智能控制器等组成，其最关键部件是控制膝关节屈伸运动及小腿摆动的执行机构和智能控制器。目前，在国外研制成功的智能人工腿中，控制膝关节屈伸运动及小腿摆动的执行机构是一个单级空压气缸，其内有一个针阀(节流阀)，通过调节针阀的开度可控制气缸阻尼，从而控制小腿摆动的速度。而智能控制器主要由小型电机、传感器以及微处理器组成，用于调节针阀的开度。从目前公开的资料看，在国外新型智能人工腿中，用于控制针阀开度的控制器是开环控制方式，其控制精度不高，且不具有智能化策略。 在论文中，我们对国外智能人工腿控制器的控制方式进行了改进，将其控制方式设计成闭环方式，并引入模糊控制理论，改变了控制器的控制策略，提高了控制器的控制精度。而控制器的参数则利用遗传算法优化得到。遗传算法操作简单、全局搜索能力强，，能够在很广的解空间内搜索出一组最优参数。而传统参数整定方法是依据于经验反复试凑获得，其整定过程异常繁琐。本文用到的遗传算法是由作者自行设计的伪并行遗传算法，该算法是对基本遗传算法的改进，在收敛速度和全局搜索能力方面远远优于基本遗传算法。文中详细地介绍了利用该算法优化控制器参数的具体过程，并给出了寻优仿真结果。在智能人工腿控制器的硬件设计中，选用了TI公司生产的TMS320F240芯片。该芯片面向新一代电机调速，它将DSP高速运算能力与面向电机的高效控制能力集于一体。TMS320F240芯片丰富的指令和内部特有的硬件结构，给智能控制器的软件和硬件设计带来了极大的方便。在该芯片中编制控制算法实现对针阀开度快速、精确控制。
【关键词】：智能人工腿 数字信号处理器(DSP) 基本遗传算法 伪并行遗传算法 模糊PID控制器 PI控制器
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TP242
【目录】：

• 第一章 绪论7-13
• 1.1 智能人工腿研究的国内外发展现状与趋势7-11
• 1.2 本文的主要研究内容11
• 1.3 论文的创新之处11
• 1.4 技术经济效益及社会效益分析、推广及应用前景11-13
• 第二章 模糊控制的基本理论13-17
• 2.1 引言13
• 2.2 模糊集合与隶属度函数13-14
• 2.3 扩张定理和模糊关系14-15
• 2.4 模糊语言变量15
• 2.5 模糊推理15-16
• 2.6 小结16-17
• 第三章 遗传算法及其应用17-29
• 3.1 引言17
• 3.2 遗传算法简介17-18
• 3.3 基本遗传算法的描述18-20
• 3.4 基本遗传算法早熟现象分析20
• 3.5 基本遗传算法的改进20-21
• 3.6 伪并行遗传算法的设计21-28
• 3.7 小结28-29
• 第四章 遗传算法和模糊控制理论在智能人工腿中的应用29-49
• 4.1 引言29
• 4.2 智能人工腿位置伺服控制系统的性能要求29
• 4.3 被控对象数学模型的建立29-32
• 4.4 基于遗传算法和模糊控制理论的智能控制器的设计32-48
• 4.5 小结48-49
• 第五章 智能人工腿中DSP控制器的研制49-63
• 5.1 引言49
• 5.2 DSP芯片的特点49-50
• 5.3 TMS320F240外设模块50-52
• 5.4 TMS320F240中断特点及中断响应过程52-53
• 5.5 DSP控制器的研制53-62
• 5.6 小结62-63
• 总结63-64
• 致谢64-65
• 已发表和已投稿的论文65-66
• 参考文献66-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谭冠政,吴立明;国内外人工腿(假肢)研究的进展及发展趋势[J];机器人;2001年01期

2 谭冠政,李安平,郝颖明;具有不完全微分的Fuzzy-GA PID控制器及其在智能仿生人工腿中的应用[J];机器人;2002年06期

3 张振龙;空间机构作为假肢髋关节的运动学可行性[J];机械设计与研究;1996年01期

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8 欧阳文,谭

本文编号：325413