[發(fā)明專利]基于模糊PID算法的仿人胸腔位置控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310362180.7
• 申請(qǐng)日: 2023-04-04
• 公開（公告）號(hào): CN116224771A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方灶軍;方思遠(yuǎn);張馳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): G05B11/42
• 分類號(hào): G05B11/42
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 趙世發(fā)

1.一種基于模糊PID算法的仿人胸腔位置控制方法，其特征在于應(yīng)用智能算法，所述方法包括以下步驟：

步驟S1、建立仿人胸腔數(shù)學(xué)模型；

步驟S2、設(shè)計(jì)模糊控制器；

步驟S3、設(shè)計(jì)PID控制器；

步驟S4、基于所述仿人胸腔數(shù)學(xué)模型和模糊PID控制器實(shí)現(xiàn)仿人胸腔位置控制，具體包括：

步驟S41、設(shè)定目標(biāo)位置；

步驟S42、根據(jù)所述仿人胸腔目標(biāo)位置和實(shí)際位置得到誤差和誤差變化率；

步驟S43、將所述誤差和誤差變化率輸入到模糊PID控制器中，輸出ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d；其中，K_p為比例系數(shù)、K_i為積分系數(shù)、K_d為微分系數(shù)；

步驟S44、將三個(gè)輸出量ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d輸入PID控制器，從而控制仿人胸腔位置；

步驟S45、將仿人胸腔反饋的實(shí)時(shí)位置與目標(biāo)位置作比較，若小于期望誤差則停止，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟S42。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿人胸腔位置控制方法，其特征在于，所述步驟S1中建立仿人胸腔數(shù)學(xué)模型具體包括：

建立音圈電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，音圈電機(jī)的輸出力F＝nBli＝K_ei；其中，n為線圈匝數(shù)，K_e為音圈電機(jī)推力常數(shù)，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，i為線圈中電流大小，l為通電線圈的長(zhǎng)度；

音圈電機(jī)位移與控制電壓間在零初始條件下的傳遞函數(shù)為：

其中，G(s)為傳遞函數(shù)，X(s)為位移，U(s)為控制電壓，R為線圈電阻，L為線圈電感，m表示動(dòng)子部分質(zhì)量，c為動(dòng)摩擦系數(shù)，K_b為反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿人胸腔位置控制方法，其特征在于，所述步驟S2中設(shè)計(jì)模糊控制器具體包括：

將輸入變量誤差e(k)和誤差變化率Δe(k)作為模糊器的輸入，PID控制器的三個(gè)參數(shù)比例系數(shù)K_p、積分系數(shù)K_i、微分系數(shù)K_d作為輸出；

輸入輸出變量用模糊語言描述，設(shè)定輸入變量e(k)和Δe(k)的模糊集為負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大，記為{NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB}，將e(k)和Δe(k)量化到[-3，3]區(qū)域；設(shè)定輸出量K_p、K_i、K_d的模糊集為{NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB}，分別量化到[15，20]、[0，5]、[0，5]區(qū)域。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的仿人胸腔位置控制方法，其特征在于，所述步驟S3中設(shè)計(jì)PID控制器具體包括：

將系統(tǒng)輸入輸出的偏差值作為控制器的輸入，通過比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、微分環(huán)節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)的輸入進(jìn)行整定，再將獲得的輸出值作用于控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制；其中PID控制器的輸出u與輸入e之間的關(guān)系為：

其中t為時(shí)間。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿人胸腔位置控制方法，其特征在于，仿人胸腔系統(tǒng)包括：人機(jī)交互界面、coplay驅(qū)動(dòng)器、仿人胸腔和光柵尺；所述人機(jī)交互界面通過RS-232通訊協(xié)議與coplay驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通訊；所述Coplay驅(qū)動(dòng)器通過SSI協(xié)議實(shí)時(shí)讀取光柵尺的位置數(shù)據(jù)，所述Coplay驅(qū)動(dòng)器通過模擬量對(duì)仿人胸腔發(fā)送控制指令。