Синтез нейроконтроллера дляч системы управления вертикализацией экзоскилета

Вертикализация экзоскелета относится к многосвязным нелинейным системам управления со сложной динамикой. Математическое моделирование движения пациента в экзоскелете показало существенную зависимость траектории движения центра масс системы от параметров PI регулятора.

121 напряженийс учетом корректировки задающих воздействий

использовался ГА формирования нейроконтроллера. На рисунке 4.9 приведена структурная схема системы автоматического управления с нейроконтроллером, настроенным по гибридному Г .

Рисунок 4.9 - Структурная схема системы автоматического управления

экзоскелетом для реабилитации нижних конечностей человека

На схеме приняты следующие обозначения:- вектор

углов, задающих координаты экзоскелета в вертикальной плоскости;

- вектор углов, полученных в результате обработки сигналов с датчиков;- вектор модулей нормальных реакций, измеренных

датчиками давления, размещенными на стопах;- вектор

управляющих напряжений, подаваемых на приводы- вектор

токов, протекающих в обмотках якорей электроприводов моменты, создаваемые электроприводами.

Для управления приводом экзоскелета использовалась последовательная схема нейронного управления [87, 93].

Результаты апробации представлены на рисунке 4.10 и рисунке 4.11. Анализ графиков на этих показывает, что для обеспечения качественной работы механической системы необходима настройка нейрорегулятора.

Рисунок 4.10 - Диаграммы изменения обобщенных координат а) зависимость обобщенных координат от времени; б) зависимость обобщенных скоростей от времени;1,2,3 - первая, вторая и третья обобщенные координаты (скорости)

Рисунок 4.11 - Траектория движения центра масс экзоскелета

Графики, показанные на рисунке 4.10, позволяют сделать вывод о высокой колебательности, характеризующей движение механизма при данном наборе весовых коэффициентов нейроконтроллера. Траектория движения центра масс механизма, показанная на рисунке 4.11, позволяет судить о неточности работы системы управления (траектория движения центра масс должна представлять собой вертикальную прямую).

Проведем настройку нейроконтроллера по следующим критериям: 1) снижение амплитуды колебаний, 2) уменьшение ошибки (разницы между желаемым и реальным значениями величин x_c, y_c, φ₃). Для этого запишем выражения, ставящие в соответствие движению системы (полученному в виде численных зависимостей) две скалярные величины, позволяющие оценивать качество работы системы согласно указанным критериям:

123 где J₁- скалярная величина, квадратично возрастающая при повышении амплитуды колебаний, J₂- скалярная величина, квадратично возрастающая при повышении ошибки, S_i- среднее функции i-ой обобщенной скорости.

Использование в формуле (4.22) обобщенных скоростей объясняется следующим образом. Величина J₁,определяемая по формуле (4.22) возрастает не только при наличии колебаний исследуемых зависимостей, но и при их равномерном возрастании. Равномерное возрастание является нормальным для обобщенных координат; значения же обобщенных скоростей начальный момент времени равны нулю, а в момент времени tiдолжны стремиться к нулю при условии, что механизм следует траектории, заданной уравнениями (4.21). Поэтому использование обобщенных скоростей для оценки колебательности системы является предпочтительным.

Таким образом, задача настройки нейроконтроллера сводится к минимизации величин Jiи J2.