[發明專利]助行功能性電刺激系統中遺傳算法整定控制參數的方法有效

申請號：	201010115882.8	申請日：	2010-03-02
公開（公告）號：	CN101794114A	公開（公告）日：	2010-08-04
發明（設計）人：	張廣舉;明東;程龍龍;劉秀云;萬柏坤	申請（專利權）人：	天津大學
主分類號：	G05B13/02	分類號：	G05B13/02;G05B11/12
代理公司：	天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201	代理人：	劉國威
地址：	300072***	國省代碼：	天津;12
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摘要：
搜索關鍵詞：	功能刺激系統遺傳算法控制參數方法
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【權利要求書】：

1.一種助行功能性電刺激系統中遺傳算法整定控制參數的方法，其特征是，包括下列步驟：

首先對步行器施加力，引起HRV參數變化，進而利用模糊控制器控制啟動，HRV是：柄反作用矢量，是施加在步行器上力的反作用力的向量組合；

其次，利用遺傳算法整定PID參數，根據膝關節的變化實時調控助行功能性電刺激系統電流水平強度，最后根據HRV的變化關閉助行電刺激系統，PID由比例單元P、積分單元I和微分單元D三部分組成；

所述引起HRV參數變化，繼而利用模糊控制器控制助行電刺激系統啟動是指：首先對HRV參數進行模糊化，然后再根據不同的控制規則計算，最后去模糊化，不同的控制規則指：

如果dHRV(t)/dt＞a且為第一次出現則啟動助行電刺激系統；

如果dHRV(t)/dt＜-a??且dHRV(t+T)/dt＞a??則走路狀態；

如果|dHRV(t)/dt|＜a??且HRV(t_s)-HRV(0)＞β則站立狀態；

如果dHRV(t)/dt＜-a??且HRV(t_s)＝HRV(0)則關閉助行電刺激系統，a為一定值向量，β為一定值向量；

所述遺傳算法整定PID參數，其整定流程為：首先確定PID的三個決策變量K_p、K_i和K_d大致范圍和編碼長度，并對其進行編碼以及隨機產生n個個體組成的初始種群P(0)；

其次選定合適的遺傳算法的參數：終進化代數G、交叉概率P_c以及變異概率P_m；

最后通過實際關節角度與肌肉模型輸出關節角度的相應關系，建立最小目標函數，將種群中各個個體解碼成對應的參數值，并求取相應的代價函數值和適應函數值，再應用復制、交叉和變異算子對種群P(t)進行操作，產生下一代種群P(t+1)，反復重復以上操作，直到參數收斂或者達到預定的指標，得到最終輸出即PID的K_p、K_i和K_d三個系數，在新的PID系數下計算系統輸出yout及其與肌肉模型的偏差后再進入下一步遺傳算法優化調整；

反復此過程，最終實現PID控制參數的自適應在線整定，并用于助行電刺激系統。

2.根據權利要求1所述的一種助行功能性電刺激系統中遺傳算法整定控制參數的方法，其特征是，所述遺傳算法整定PID參數，其整定流程細化為：

對PID參數進行染色體編碼；

隨機產生初始群體；

基因選擇交叉和變異操作；

染色體解碼得到新參數；

采樣受控過程的輸入和輸出；

對受控輸出的最優選擇；

群體適應度統計并產生新的群體；

判斷群體是否穩定，若否返回基因選擇交叉和變異操作；

輸出優化的PID參數。

3.根據權利要求2所述的一種助行功能性電刺激系統中遺傳算法整定控制參數的方法，其特征是，所述對PID參數進行染色體編碼是，采用多參數映射二值編碼，即在一條染色體上三個子串分別表示三個參數：0100010011|1100100110|1001100100。