助行功能性电刺激系统中遗传算法整定控制参数的方法.docx

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN101794114A

(43)申请公布日2010.08.04

(21)申请号CN201010115882.8

(22)申请日2010.03.02

(71)申请人天津大学

地址300072天津市南开区卫津路92号

(72)发明人张广举明东程龙龙刘秀云万柏坤

(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所

代理人刘国威

(51)Int.CI

G05B13/02

G05B11/12

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

助行功能性电刺激系统中遗传算法整定控制参数的方法

(57)摘要

本发明涉及电流脉冲序列来刺激肢体运动肌群及其外周神经装置中参数控制方法。具体讲，本发明涉及助行电刺激系统中参数控制方法。为实现准确稳定实时地控制FES系统的电流强度，有效地提高FES系统准确性和稳定性，本发明采用的技术方案是：助行电刺激系统中的参数控制方法，包括下列步骤：首先对步行器施加力，引起HRV参数变化，进而利用模糊控制器控制启动；其次，利用遗传算法整定PID参数，实时调控助行电刺激系统电流水平强度，最后根据HRV的变化关闭助行电刺激系统，PID是指比例单元P、积分单元I和微分单元D三部分。本发明主要用于康复治疗中的助行电刺激系统。

法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态

权利要求说明书

1.一种助行功能性电刺激系统中遗传算法整定控制参数的方法，其特征是，包括下列步骤：

首先对步行器施加力，引起HRV参数变化，进而利用模糊控制器控制启动，HRV是：柄反作用矢量，是施加在步行器上力的反作用力的向量组合；

其次，利用遗传算法整定PID参数，根据膝关节的变化实时调控助行功能性电刺激系统电流水平强度，最后根据HRV的变化关闭助行电刺激系统，PID由比例单元P、积分单元I和微分单元D三部分组成。

2.根据权利要求1所述的一种助行功能性电刺激系统中遗传算法整定控制参数的方法，其特征是，所述引起HRV参数变化，继而利用模糊控制器控制助行电刺激系统启动是指：首先对HRV参数进行模糊化，然后在根据不同的控制规则计算，最后去模糊化，不同的控制规则指：

如dHRV(t)/dt＞a且为第一次出现则启动助行电刺激系统；

如dHRV(t)/dt＜-a??且dHRV(t+T)/dt＞a??则走路状态；

如|dHRV(t)/dt|＜a??且HRV(tsubs/sub)-HRV(0)＞β则站立状态；

如dHRV(t)/dt＜-a??且HRV(tsubs/sub)＝HRV(0)则关闭助行电刺激系统。

3.根据权利要求1所述的一种助行功能性电刺激系统中遗传算法整定控制参数的方法，其特征是，所述遗传算法整定PID参数，其整定流程为：首先确定PID的三个决策变量Ksubp/sub、Ksubi/sub和Ksubd/sub大致范围和编码长度，并对其进行编码以及随机产生n个个体组成的初始种群P(0)；

其次选定合适的遗传算法的参数：终进化代数G、交叉概率Psubc/sub以及变异概率Psubm/sub；

最后通过实际关节角度与肌肉模型输出关节角度的相应关系，建立最小目标函数，将种群中各个个体解码成对应的参数值，并求取相应的代价函数值和适应函数值，再应用复制、交叉和变异算子对种群P(t)进行操作，产生下一代种群P(t+1)，反复重复以上操作，直到参数收敛或者达到预定的指标，计算神经网络的最终输出即得PID的Ksubp/sub、Ksubi/sub和Ksubd/sub三个系数，在新的PID系数下计算系统输出yout及其与肌肉模型的偏差后再进入下一步神经网络的自学习与加权系数自调整；

反复此过程，最终实现PID控制参数的自适应在线整定，并用于助行电刺激系统。

4.根据权利要求3所述的一种助行功能性电刺激系统中遗传算法整定控制参数的方法，其特征是，所述遗传算法整定PID参数，其整定流程细化为：

对PID参数进行染色体编码；

随机产生初始群体；

基因选择交叉和变异操作；

染色体解码得到新参数；

采样受控过程的输入和输出；

对受控输出的最优选择；

群体适应度统计并产生新的群体；

判断群体是否稳定，若否返回基因选择交叉和变异操作；

输出优化的PID参数。

5.根据权利要求4所述的一种助行功能性电刺激系统中遗传算法整定控制参数的方法，其特征是，所述对PID参数进行染色体编码是，采用多参数映射二值编码，即在一条染