气动肌肉驱动的髋关节康复训练装置隐式广义预测控制.pdfVIP

2011年9月 机床与液压 Sep．2011 第39卷 第 17期 MACHINETOOL HYDRAULICS Vo1．39No．17 DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2011．17．007 气动肌肉驱动的髋关节康复训练装置隐式广义预测控制 何凡 ，李笑 ，夏虹 ，关婷 (1．广东工业大学机 电工程学院，广东广州510006；2．广州军区广州总医院，广东广州510010) 摘要：针对气动肌肉驱动的髋关节康复训练装置存在时延、非线性和时变特性，设计基于参数模型的隐式广义预测控 制器，并将其应用于髋关节康复训练装置的等速持续被动运动控制中。实验研究表明：在负载干扰变化下，隐式广义预测 控制器具有控制精度高、抗干扰能力强等特点，同时对系统模型参数的变化有较好的适应能力，对提高类似医疗器械的控 制性能有借鉴意义。 关键词：气动肌肉；隐式广义预测控制器；等速持续被动运动 ；髋关节 ． 中图分类号：TP242．61 文献标识码：A 文章编号：1001—3881(2011)17—022—4 ImplicitGeneralizedPredictiveControlofHip-jointRehabilitation TrainingDeviceDrivenbyPneumaticMuscleActuator HE Fan ，LIXiao ，XIA Hong ，GUAN Ting (1．FacultyofElectromechanicalEngineering，GuangdongUniversity ofTechnology，GuangzhouGuangdong510006，China； 2．GuangzhouGeneralHospitalofGuangzhouMilitaryCommand，GuangzhouGuangdong510010，China) Abstract：Toslovetheproblemofthedelay，nonlinearandtime—variablecharacteristicsofhip-jointrehabilitationtrainingdevice drivenbypneumaticmuscleactuator，aimplicitgeneralizedpredictivecontrollerwasdesignedbasedo_nparametermode1．Itwasap— pliedtotheisokineticcontinuouspassivemotioncontrolofthehip-jointrehbailitationtrainingdevice．Theexperimentalresultsprove thatthecontrollerhasthepropertyofhighcontrolaccuracy，anti—disturbancecapabilityandexcellentadaptiveabilitiesforthechanges ofsystem modelparameters．Thiscontrolmethodprovidesreferenceofrimprovingthecontrolperformanceofsuchsystem． Keywords：Pneumatic muscle actuator； Implicit generalize predictive controller； Isokinetic continuous passive motion； Hip-joint 髋关节康复训练装置是一种通过对患者髋关节进 最小方差控制的基础上，在优化中引入了多步预测的 行运动训练，实现其运动功能康复的自动化医疗设 思想 ，抗负载干扰、时延变化等能力显著提高 ，有较 备。传统的康复训练装置以电机或气缸作为驱动器 ， 强的鲁棒性 ，适用于有纯时延的非最小相位系统；又 驱动