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(diào)節(jié)膝關(guān)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(lǐng)域的研究熱點。我們設(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)擴展復(fù)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(chǔ)，提出了一種可適應(yīng)各種不同控制對象的最優(yōu)模糊PID控制器的設(shè)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(diào)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(xué)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(shù)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(jié)
第二章 模糊 PID控制器原理及設(shè)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(shè)計與描述
    2.3 模糊 PID控制器的設(shè)計
        2.3.1 PID控制律
        2.3.2 模糊 PID控制器的結(jié)構(gòu)
        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(jié)
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(jié)
第四章 基于ACS算法的參數(shù)優(yōu)化方法設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 模糊PID控制器的參數(shù)優(yōu)化設(shè)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(zhì)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(jié)果分析
        4.3.1 程序界面
        4.3.2 仿真實現(xiàn)
        4.3.3 仿真結(jié)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(jié)
第五章 CIP-I Leg位置伺服控制系統(tǒng)的分析與設(shè)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(xué)模型建立
    5.5 控制策略
        5.5.1 氣缸內(nèi)針閥開度值的設(shè)置方法
        5.5.2 直流伺服系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖
        5.5.3 電流環(huán)控制器和速度環(huán)控制器的設(shè)計
        5.5.4 位置環(huán)控制器設(shè)計
    5.6 小結(jié)
第六章 CIP-I Leg控制器軟硬件分析與設(shè)計
    6.1 引言
    6.2 CIP-I Leg控制器硬件設(shè)計
        6.2.1 控制器硬件電路模塊組成
        6.2.2 電源模塊設(shè)計
        6.2.3 時鐘電路設(shè)計
        6.2.4 反饋信號處理電路設(shè)計
        6.2.5 串行通信電路設(shè)計
        6.2.6 功率驅(qū)動電路設(shè)計
        6.2.7 步速檢測電路設(shè)計
    6.3 CIP-I Leg控制器軟件設(shè)計
        6.3.1 主程序分析與設(shè)計
        6.3.2 時鐘配置及振蕩器失效檢測程序設(shè)計
        6.3.3 初始化程序設(shè)計
        6.3.4 USART中斷服務(wù)程序設(shè)計與分析
        6.3.5 WDT定時器中斷服務(wù)程序設(shè)計及分析
    6.4 控制算法程序設(shè)計及分析
    6.5 小結(jié)
第七章 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試
    7.1 引言
    7.2 硬件調(diào)試
    7.3 軟件調(diào)試
    7.4 小結(jié)
第八章 總結(jié)與展望
    8.1 全文總結(jié)
    8.2 研究展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]求解TSP問題的模式學(xué)習(xí)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(shè)置的研究——以TSP問題為例[J]. 葉志偉,鄭肇葆.  武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版). 2004(07)
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本文編號：3651432