McKibben氣動人工肌肉的靜動態(tài)特性及控制策略研究.pdf

1、氣動人工肌肉作為一種新型氣動執(zhí)行元件已引起了國內外學者的廣泛關注。本文以McKibben氣動人工肌肉為研究對象，通過理論分析建立McKibben氣動人工肌肉理想狀態(tài)下的數學模型，在此基礎上建立了氣動人工肌肉較完整的靜動態(tài)數學模型，并通過實驗和計算機數值仿真研究驗證了此模型的正確性。在對McKibben氣動人工肌肉控制系統(tǒng)特性分析的基礎上應用模糊控制的基本特點和預測PID控制算法相結合的方法設計了McKibben氣動人工肌肉位置伺服系統(tǒng)的

2、模糊預測PID控制器。 首先，分析了Chou在建立氣動人工肌肉理想模型存在的不足之處，在此基礎上，建立了比較符合實際的McKibben氣動人工肌肉理想模型。進而分析了導致McKibben氣動人工肌肉力學特性數學模型與實際輸出力相差較大的原因，抓住影響McKibben氣動人工肌肉特性的豐要因素，橡膠彈性力以及橡膠套筒與纖維編織網間摩擦力對氣動人工肌肉力學特性的影響，建立了較為完整的McKibben氣動人工肌肉靜態(tài)力學特性數學模型，

3、針對MAS-10-700N—AA—MC—K和MAS-20-300N—AA—MC—K兩種不同型號的McKibben氣動人工肌肉，通過實驗和計算機數值仿真分析了氣動人工肌肉靜態(tài)力學特性，驗證了靜態(tài)力學特性數學模型的正確性。 其次，將氣動人工肌肉系統(tǒng)作為氣壓傳動系統(tǒng)來研究，在研究中將McKibben氣動人工肌肉在工作過程中視為等效作用面積的氣缸，將氣缸動態(tài)能量平衡方程運用于描述McKibben氣動人工肌肉動態(tài)能量平衡的工作特性中，同樣

4、以兩種型號的McKibben氣動人工肌肉為例，通過實驗和計算機數值仿真分析了McKibben氣動人工肌肉開環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)工作特性，驗證了氣動人工肌肉動態(tài)能量平衡方程的正確性。并且在文中推導并給出了McKibben氣動人工肌肉系統(tǒng)閉環(huán)控制的傳遞函數及其基本控制方程。 最后，針對氣動人工肌肉控制系統(tǒng)強非線性、難于建立精確數學模型的特點，在對其特性分析的基礎上，提出McKibben氣動人工肌肉位置伺服系統(tǒng)的模糊預測PID控制策略。把

5、經典的PID控制與模糊預測控制結合起來，通過模糊辨識的方法來建立受控對象的模糊預測模型，再運用預測優(yōu)化器對PID參數進行優(yōu)化設定，進而對閥控氣動人工肌肉系統(tǒng)進行控制。仿真結果表明，常規(guī)PID控制由于慣性負載和行程的變化，容易引起系統(tǒng)響應的超調，不能獲得較好的控制效果，并且用PID控制策略對McKibben氣動人工肌肉位置控制過程中比例、積分和微分三個參數也不好確定。而模糊預測PID控制改善了系統(tǒng)動態(tài)性能，響應快速，超調量小。系統(tǒng)對于擾動