發(fā)布時間：2022-05-08 09:52

　　智能仿生人工腿是一種能夠很好代替下肢殘缺者基本功能的機械電子裝置，其能夠模仿人體健康腿的運動方式且步行速度可以自然、隨意地跟隨截肢者步行速度的變化而變化。智能仿生人工腿通過安裝在仿生腿上的傳感系統(tǒng)獲取人體行走過程中的步態(tài)信息，并將信息傳給微處理器，微處理器據(jù)此信息調節(jié)膝關節(jié)處一個空壓氣缸內(nèi)的針閥開度，從而改變仿生腿步行速度，實現(xiàn)對健康腿步態(tài)的實時、準確跟蹤。目前，智能仿生人工腿已經(jīng)成為許多發(fā)達國家醫(yī)療領域的研究熱點。我們設計一種名為CIP-Ⅰ的新型智能仿生人工腿，對于以前研制的智能人工腿控制系統(tǒng)中的如下不足，控制器中的控制策略過于簡單，不能兼顧系統(tǒng)響應的快速性和準確性要求，另外，它的CPU多采用51系列的單片機，其結構擴展復雜，功耗高，運行速度不能滿足高級算法的需要，做了以下改進：首先，以ACS（Ant Colony System）算法和模糊邏輯控制為基礎，提出了一種可適應各種不同控制對象的最優(yōu)模糊PID控制器的設計方法。該方法的核心是以ITAE性能準則為目標函數(shù)，采用ACS算法去調整和優(yōu)化模糊PID控制器的量化因子和比例因子，以獲得最優(yōu)的控制規(guī)則，進而獲得最優(yōu)的模糊PID控制器。計算... 

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 項目研究的背景及目的意義
    1.2 國內(nèi)外技術發(fā)展概況及國內(nèi)的需求
        1.2.1 國外人工腿的研究概況
        1.2.2 國內(nèi)人工腿的研究現(xiàn)狀
    1.3 課題來源
    1.4 本文主要研究方向及內(nèi)容
    1.5 本文的主要創(chuàng)新之處
    1.6 小結
第二章 模糊 PID控制器原理及設計
    2.1 引言
    2.2 模糊控制簡介
        2.2.1 模糊控制原理
        2.2.2 模糊控制的系統(tǒng)設計與描述
    2.3 模糊 PID控制器的設計
        2.3.1 PID控制律
        2.3.2 模糊 PID控制器的結構
        2.3.3 模糊 PID控制器模糊變量的隸屬度函數(shù)表的確定
        2.3.4 模糊控制規(guī)則的建立
        2.3.5 控制查詢表的建立
        2.3.6 模糊控制算法的實現(xiàn)及模糊控制參數(shù)對系統(tǒng)輸出的影響
    2.4 小結
第三章 蟻群算法及其改進
    3.1 引言
    3.2 蟻群系統(tǒng)與蟻群算法簡介
        3.2.1 蟻群算法的發(fā)展
        3.2.2 基本蟻群算法的原理
        3.2.3 基本蟻群算法的描述
    3.3 基本蟻群算法參數(shù)的選擇
        3.3.1 信息殘留系數(shù)ρ的選擇
        3.3.2 螞蟻數(shù)量m的選擇
        3.3.3 啟發(fā)因子α、β的選擇
        3.3.4 總信息量Q的選擇
    3.4 基本蟻群算法的改進-ACS算法
    3.5 小結
第四章 基于ACS算法的參數(shù)優(yōu)化方法設計
    4.1 引言
    4.2 模糊PID控制器的參數(shù)優(yōu)化設計
        4.2.1 節(jié)點和路徑的生成
        4.2.2 目標函數(shù)的建立
        4.2.3 路徑點的選擇
        4.2.4 信息激素物質的更新
        4.2.5 ACS算法參數(shù)的選取方法
        4.2.6 優(yōu)化模糊PID參數(shù)的步驟
    4.3 計算機仿真實驗及結果分析
        4.3.1 程序界面
        4.3.2 仿真實現(xiàn)
        4.3.3 仿真結果及四種 PID控制器性能的比較
        4.3.4 ACS算法的性能分析
    4.4 小結
第五章 CIP-I Leg位置伺服控制系統(tǒng)的分析與設計
    5.1 引言
    5.2 電機控制方式的分析與選擇
    5.3 直流伺服電機性能要求
    5.4 被控對象的數(shù)學模型建立
    5.5 控制策略
        5.5.1 氣缸內(nèi)針閥開度值的設置方法
        5.5.2 直流伺服系統(tǒng)動態(tài)結構圖
        5.5.3 電流環(huán)控制器和速度環(huán)控制器的設計
        5.5.4 位置環(huán)控制器設計
    5.6 小結
第六章 CIP-I Leg控制器軟硬件分析與設計
    6.1 引言
    6.2 CIP-I Leg控制器硬件設計
        6.2.1 控制器硬件電路模塊組成
        6.2.2 電源模塊設計
        6.2.3 時鐘電路設計
        6.2.4 反饋信號處理電路設計
        6.2.5 串行通信電路設計
        6.2.6 功率驅動電路設計
        6.2.7 步速檢測電路設計
    6.3 CIP-I Leg控制器軟件設計
        6.3.1 主程序分析與設計
        6.3.2 時鐘配置及振蕩器失效檢測程序設計
        6.3.3 初始化程序設計
        6.3.4 USART中斷服務程序設計與分析
        6.3.5 WDT定時器中斷服務程序設計及分析
    6.4 控制算法程序設計及分析
    6.5 小結
第七章 系統(tǒng)軟硬件調試
    7.1 引言
    7.2 硬件調試
    7.3 軟件調試
    7.4 小結
第八章 總結與展望
    8.1 全文總結
    8.2 研究展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文


【參考文獻】：
期刊論文
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[2]蟻群算法原理的仿真研究[J]. 胡小兵,袁銳,黃席樾,易繼軍.  計算機仿真. 2004(08)
[3]求解TSP問題的模式學習并行蟻群算法[J]. 蕭蘊詩,李炳宇,吳啟迪.  控制與決策. 2004(08)
[4]蟻群算法中參數(shù)α、β、ρ設置的研究——以TSP問題為例[J]. 葉志偉,鄭肇葆.  武漢大學學報(信息科學版). 2004(07)
[5]蟻群優(yōu)化算法及其應用研究進展[J]. 李士勇.  計算機測量與控制. 2003(12)
[6]蟻群算法中有關算法參數(shù)的最優(yōu)選擇[J]. 詹士昌,徐婕,吳俊.  科技通報. 2003(05)
[7]蟻群算法概述[J]. 溫文波,杜維.  石油化工自動化. 2002(01)
[8]國內(nèi)外人工腿(假肢)研究的進展及發(fā)展趨勢[J]. 譚冠政,吳立明.  機器人. 2001(01)
[9]對一種高精度模糊控制方案的研究與改進[J]. 黎浩榮,李立勤,李東海,劉中仁.  清華大學學報(自然科學版). 2000(02)
[10]模糊控制研究的現(xiàn)狀與新發(fā)展[J]. 劉向杰,周孝信,柴天佑.  信息與控制. 1999(04)



本文編號：3651432