<<
>>

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. Для получения заданных показателей качества управляемой механической системы необходимо определение оптимальных параметров нейроконтроллера, обеспечивающих минимальную колебательность устройства и минимальные отклонения от заданной траектории.

Для формирования управляющих

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 xc, yc, 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, Si- 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.

<< | >>
Источник: Аль-Бареда Али Яхья Сенан. МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ СИНТЕЗА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ В БИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ РЕАБИЛИТАЦИОННОГО ТИПА НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. МОСКВА - 2018. 2018

Скачать оригинал источника

Еще по теме Синтез нейроконтроллера дляч системы управления вертикализацией экзоскилета:

  1. Оглавление
  2. Синтез нейроконтроллера дляч системы управления вертикализацией экзоскилета