气动人工肌肉关节的滑模变结构控制

论文摘要

气动人工肌肉以其柔顺性和安全性特点在康复治疗外骨骼和仿生机器人等领域得到广泛应用。本文介绍了气动人工肌肉的发展历史,应用领域以及发展前景,分析气动人工肌肉的静态特性和动态特性,得到相应的静态模型和动态模型,再进一步对模型进行简化,得出气动人工肌肉简单实用的动力学方程和静动态数学方程。介绍了滑模变结构控制策略的优势和设计方法以及克服滑模变结构控制抖振缺陷的方法,并将滑模变结构控制应用于气动人工肌肉驱动关节的控制中,设计了气动人工肌肉的滑模变结构控制器,克服了气动人工肌肉的非线性及不确定性带来的对控制性能的影响。进行了仿真实验研究,分析了当参数变化时控制系统对所加信号的跟踪效果,验证了所设计的滑模变结构控制器系统的鲁棒性能控制效果,证实了滑模变结构控制是可行、合理的。总结了所建模型的优势与缺陷,分析了滑模变结构控制器存在的不足,并对下一步的研究工作做了初步的设想与计划。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 气动人工肌肉的研究现状
• 1.2.1 气动人工肌肉发展历程
• 1.2.2 气动人工肌肉建模的研究
• 1.3 全文的内容安排
• 第二章 气动人工肌肉建模
• 2.1 气动人工肌肉的工作原理
• 2.2 气动肌肉的静态特性
• 2.3 气动肌肉的动态特性
• 第三章 气动人工关节
• 3.1 气动人工关节工作原理
• 3.2 气动人工关节静态模型
• 3.3 气动人工关节动态模型
• 第四章 气动人工肌肉关节的滑模变结构控制
• 4.1 滑模变结构控制的定义与应用
• 4.2 滑模变结构控制设计的基本方法
• 4.3 切换函数的设计
• 4.4 气动肌肉系统滑模变结构控制器的设计
• 4.5 气动人工肌肉控制系统仿真
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢