基于蟻群算法和模糊推理的智能控制器及在仿生人工腿中的應用研究.pdf

1、中南大學碩士學位論文摘要摘要智能人工腿是機器人學和生物醫(yī)學工程學領域一個備受關注的研究課題。它將智能控制理論、微電子技術、計算機技術、機械設計與制造及生物醫(yī)學工程等技術融合在一起，具有能模仿人體健康腿的運動方式且步行速度可自然、隨意地跟隨截肢者步行速度的變化而變化的特點。開展該課題的研究對幫助那些截肢者回歸主流社會，減輕社會及其家庭負擔具有重要意義。智能人工腿的擺動靠安放在其內部的空壓氣缸的活塞伸縮來實現。空壓氣缸尾部的電機可以控制氣缸

2、內一個針閥的開度，通過改變針閥開度可以調節(jié)膝關節(jié)彎曲和伸展的阻尼，從而達到改變智能人工腿擺動速度的目的。以前研制的智能人工腿，在兩個方面存在不足，一方面控制器控制氣缸內針閥的開度是采用步進電機所構成的開環(huán)控制方式，位置精度不高，且控制不具有智能化策略另一方面控制器的CPU多采用51系列單片機，運行速度不能滿足高級控制算法的需要。在本文中，我們針對上述兩個方面的不足提出了以下幾點改進方案。首先，我們改步進電機為直流伺服電機，使它能在大范圍

3、內實現精密的位置控制。其次，將其控制方式設計成閉環(huán)方式，并采用蟻群算法對其控制器參數進行優(yōu)化，同時引入模糊邏輯控制使控制器參數可進行在線調整。通過控制策略的改進來提高智能人工腿步態(tài)調整的快速性和準確性。文中詳細介紹了利用蟻群算法和模糊控制理論優(yōu)化控制器參數的具體過程，并給出了其計算機仿真結果。最后，在智能人工腿控制器的硬件設計中，我們采用TI公司的MSP430系列單片機MSP430F149作為智能人工腿控制器的CPU.該芯片是一種低功耗

4、、高集成的專用控制芯片。運行速度比51系列單片機快且具有強大的指令集，可實現高級控制算法的在線運算。其內部特有的硬件結構給控制器的軟硬件設計帶來了極大的方便。通過控制器硬件電路的設計、制作，軟件的編寫、調試以及實驗，結果表明，本文所提出的智能人工腿控制器能夠有效地提高控制系統(tǒng)的智能性、魯棒性、快速性和準確性。關鍵詞:智能人工腿，閉環(huán)控制，蟻群算法，模糊邏輯控制，MSP430中南大學碩士學位論文Abstracttime.Theimprov

5、ementofcontrolstrategyraisedtherespondspeedandaccuracyofgaitadjustmentoftheintelligentartificialleg.LastlyinthedesignofthecontrollerhardwarecircuitsMSP430F149chipproducedbyTexasInstruments(TI)wasadoptedastheCPUoftheintel

6、ligentcontroller.MSP430F149isakindofICwithexcellentperformancewhichhasthecharacteristicsofultralowpowerandhighlyintegrateddegree.ItsrunningspeedisfasterthanC51singlechipandhaspowerfulinstructionsystem.MSP430F149chipcanco

7、mpleteeasilytheonlineoperationofmanyadvancedcontrolalgorithms.Itsspecialhardwarestructurebringsgreatconveniencetothehardwareandsoftwaredesignoftheintelligentcontroller.Theauthorhasdesignedandmadethehardwarecircuitsofthei

8、ntelligentcontrollerandwrittencontrolsoftware.Fromtheexperimentresultitwasconcludedthatthecontrollerofintelligentartificiallegdesignedinthisresearchhasbetterintelligentbehaviorrobustnessresponsespeedandaccuracy.Keywords: