功能性电刺激的动力学NARMAX/ANFIS肌肉建模及模糊PID控制

发布时间：2024-01-27 00:28

　　近年来,基于功能性电刺激(Functional Electrical Stimulation,FES)的无支撑站立及智能助行康复技术受到了广泛关注,成为神经工程、康复工程及运动医学领域的研究热点。FES是指利用表面电极或植入式电极刺激失去神经控制的肌肉,使肌肉产生收缩,从而恢复人体特定部位功能的交叉前沿技术,其刺激动作效果的精准程度主要依赖于刺激肌肉模型的可靠性和控制算法的有效性。 本文从人体运动学信息出发,通过逆动力学推导出膝关节力矩,进而建立基于膝关节力矩与功能性电刺激等级的肌肉模型,联合后续设计的控制器形成闭环反馈控制,对功能性电刺激的刺激模式进行动态调整以实现精确的控制效果。研究中采用了外输入非线性自回归滑动平均(NARMAX)和自适应神经模糊推理系统(ANFIS)两种不同的非线性动态建模方法分别对15名受试者进行了肌肉建模实验,其中NARMAX建模采用基于MGS最小二乘辨识的方法对过程模型项和参数进行了一体化辨识,结果显示受试者输出误差均值低于0.2(N*M),误差方差低于0.1;ANFIS建模方法结合了模糊推理和神经网络的优势,通过数据训练对模糊推理的初始模型结构以及参数进...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题背景及目的意义
        1.1.1 脊髓损伤与截瘫的成因
        1.1.2 脊髓损伤与截瘫的治疗
        1.1.3 功能性电刺激技术概况
    1.2 本文的研究内容
第二章 基于膝关节力矩的NARMAX 肌肉模型
    2.1 功能性电刺激下的人体下肢肌肉建模实验
        2.1.1 功能性电刺激的实验设置和数据采集
        2.1.2 动力学膝关节力矩计算
        2.1.3 NARMAX 肌肉实验模型
    2.2 功能性电刺激下的NARMAX 肌肉建模结果分析
        2.2.1 基于MGS 算法的NARMAX 结构与参数辨识
        2.2.2 NARMAX 建模的结果及讨论
第三章 基于膝关节力矩的自适应神经模糊（ANFIS）肌肉模型
    3.1 模糊推理和神经网络
        3.1.1 模糊推理的基本原理
        3.1.2 神经网络的基本原理
    3.2 基于膝关节力矩的自适应神经模糊建模
        3.2.1 自适应神经模糊（ANFIS）的基本原理
        3.2.2 ANFIS 肌肉建模结果分析
    3.3 NARMAX/ANFIS 肌肉模型对比与讨论
第四章 基于NARMAX 和ANFIS 肌肉模型的闭环模糊PID 控制
    4.1 模糊PID 的基本原理及控制器的设计
        4.1.1 模糊PID 控制器的基本原理
        4.1.2 模糊PID 控制器的设计
    4.2 基于NARMAX 肌肉模型的模糊PID 控制
    4.3 基于自适应神经模糊（ANFIS）肌肉模型的模糊PID 控制
    4.4 实验结果的对比与讨论
第五章 总结与展望
    5.1 本论文内容总结
    5.2 今后研究展望
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢



本文编号：3885970