针对气动肌肉仿生肘关节抖振现象的Kalman-PID控制

本文为了抑制气动人工肌肉(PAM)抖振现象,首先利用PID控制律近似代替其数学模型,求得其离散状态方程并代入到离散卡尔曼递推公式中,进而提出基于PID控制参数的卡尔曼PID(Kalman-PID,KPID)控制算法.为了验证算法的有效性,以3自由度PAM仿生肘关节为控制对象,分别利用PID及KPID控制器对其进行位姿控制.由实验结果可知,该算法相较PID控制器拥有更高的控制精度,提升了系统的鲁棒性,能够有效抑制由系统过程误差及测量误差所引起的PAM抖振现象,从而使仿生肘关节运动更加平稳.此外,不同于传统卡尔曼滤波算法与控制算法相结合的方式,KPID控制算法无需事先知道被控对象精准的数学模型及噪音特性的先验知识,从而避免复杂的数学建模过程,扩大了卡尔曼滤波算法的应用范围.

PAM仿生肘关节运动学逆解建模及验证

针对三自由度气动人工肌肉(PAM)仿生肘关节,首先利用伪刚体模型法,建立其运动学逆解数学模型;其次,根据上述模型对机构运动学逆解进行仿真分析;最后,搭建气动肌肉仿生肘关节的仿真系统模型,利用所建运动学逆解模型实现对机构虚拟样机的PID控制。由仿真结果可以看出,在设计工作空间内,三根气动肌肉长度变化连续、平稳,说明机构在运动过程中,具有良好的平滑性;且通过调节PID参数,机构前臂圆盘转角轨迹曲线与期望轨迹曲线基本吻合,从而验证了机构运动学逆解模型的准确性。

SMA-电机复合驱动仿生肘关节的控制策略与仿真

针对SMA-电机复合驱动仿生肘关节控制非线性、时变、温度滞后等特点,提出了一种双输入-四输出的模糊控制算法,建立模糊PID自适应控制模型,求解复合驱动仿生肘关节在阶跃响应及理论轨迹下的动作状态,得到了仿生肘关节旋转和俯仰运动的位姿、角速度跟踪图谱。实验证明:设计的双输入-四输出的模糊PID自适应控制算法具有超调量小、系统鲁棒性高、响应速度快的特点,可以实现SMA-电机复合驱动仿生肘关节的精准位姿控制。