[發明專利]一種功能性電刺激閉環模糊PID控制方法

無效

• 申請號: 201110406179.7
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102488964A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 明東;朱韋西;邱爽;王春方;張力新;綦宏志;萬柏坤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61N1/36
• 分類號: A61N1/36
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

1.一種功能性電刺激閉環模糊PID控制方法，其特征在于，所述方法包括以下：

(1)采集小腿運動時的膝關節角度參數θ和加速度參數α，通過逆動力學推導，獲取膝關節力矩的表達式；

(2)根據所述膝關節力矩的表達式建立肌肉模型；

(3)模糊PID控制器調整刺激電流的大小，通過所述肌肉模型獲取到實際輸出的膝關節力矩值；

(4)將所述實際輸出的膝關節力矩值與期望的膝關節力矩值做運算，獲取誤差Δe以及誤差變化率Δec；

(5)將所述誤差Δe、所述誤差變化率Δec以及所述刺激電流輸入到模糊推理系統中，所述模糊推理系統進行處理轉化為對應的模糊量；

(6)所述模糊推理系統通過所述對應的模糊量獲取控制規則，根據所述控制規則對所述模糊PID控制器的三個參數K_p，K_I和K_d進行整定；

(7)根據整定后的模糊PID控制器的三個參數調整刺激電流的大小，通過所述肌肉模型獲取到新實際輸出的膝關節力矩值；

(8)判斷所述新實際輸出的膝關節力矩值和所述期望的膝關節力矩值之間的誤差是否小于閾值，如果是，執行步驟(9)；如果否，執行步驟(10)；

(9)流程結束；

(10)重新執行步驟(1)-(8)，直到所述新實際輸出的膝關節力矩值和所述期望的膝關節力矩值之間的誤差小于閾值，流程結束。

2.根據權利要求1所述的一種功能性電刺激閉環模糊PID控制方法，其特征在于，所述膝關節力矩的表達式具體為：

M=G×L×cosθ-J×d2θdt=G×L×cosθ-J×α;]]>

其中，G(N)＝m×g，L(cm)＝L_c+L_w×體重(kg)+L_s×身高(cm)，

J(kg·cm²)＝J_c+J_w×體重+J_s×身高(cm)，m(kg)＝M_c+M_w×體重(kg)+M_s×身高(cm)，

M為膝關節力矩、L為小腿重心到膝關節轉軸的距離、G為小腿重力、J為小腿轉動慣量以及m為小腿的質量。

3.根據權利要求1所述的一種功能性電刺激閉環模糊PID控制方法，其特征在于，所述對應的模糊量具體為：

將所述誤差Δe和所述誤差變化率Δec的變化范圍定義為模糊集上的論域，

e，ec＝{-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}

則其模糊子集為e，ec＝{NL，NM，NS，ZE，PS，PM，PL}，子集中元素分別代表負大，負中，負小，零，正小，正中，正大。

4.根據權利要求1所述的一種功能性電刺激閉環模糊PID控制方法，其特征在于，所述根據所述控制規則對所述模糊PID控制器的三個參數進行整定具體為：

KP(k)=KP(k-1)+γP(k)ΔKPKI(k)=KI(k-1)+γI(k)ΔKIKD(k)=KD(k-1)+γD(k)ΔKD]]>

其中，γ_P(k)、γ_I(k)和γ_D(k)為校正速度量；

控制量u(k)=KP(k)e(k)+KI(k)Σi=0ke(i)+KD(k)[e(k)-e(k-1)],]]>k的取值為正整數。