[发明专利]一种功能性电刺激闭环模糊PID控制方法

权利要求书

1.一种功能性电刺激闭环模糊PID控制方法，其特征在于，所述方法包括以下：

(1)采集小腿运动时的膝关节角度参数θ和加速度参数α，通过逆动力学推导，获取膝关节力矩的表达式；

(2)根据所述膝关节力矩的表达式建立肌肉模型；

(3)模糊PID控制器调整刺激电流的大小，通过所述肌肉模型获取到实际输出的膝关节力矩值；

(4)将所述实际输出的膝关节力矩值与期望的膝关节力矩值做运算，获取误差Δe以及误差变化率Δec；

(5)将所述误差Δe、所述误差变化率Δec以及所述刺激电流输入到模糊推理系统中，所述模糊推理系统进行处理转化为对应的模糊量；

(6)所述模糊推理系统通过所述对应的模糊量获取控制规则，根据所述控制规则对所述模糊PID控制器的三个参数K_p，K_I和K_d进行整定；

(7)根据整定后的模糊PID控制器的三个参数调整刺激电流的大小，通过所述肌肉模型获取到新实际输出的膝关节力矩值；

(8)判断所述新实际输出的膝关节力矩值和所述期望的膝关节力矩值之间的误差是否小于阈值，如果是，执行步骤(9)；如果否，执行步骤(10)；

(9)流程结束；

(10)重新执行步骤(1)-(8)，直到所述新实际输出的膝关节力矩值和所述期望的膝关节力矩值之间的误差小于阈值，流程结束。

2.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激闭环模糊PID控制方法，其特征在于，所述膝关节力矩的表达式具体为：

M=G×L×cosθ-J×d2θdt=G×L×cosθ-J×α;]]>

其中，G(N)＝m×g，L(cm)＝L_c+L_w×体重(kg)+L_s×身高(cm)，

J(kg·cm²)＝J_c+J_w×体重+J_s×身高(cm)，m(kg)＝M_c+M_w×体重(kg)+M_s×身高(cm)，

M为膝关节力矩、L为小腿重心到膝关节转轴的距离、G为小腿重力、J为小腿转动惯量以及m为小腿的质量。

3.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激闭环模糊PID控制方法，其特征在于，所述对应的模糊量具体为：

将所述误差Δe和所述误差变化率Δec的变化范围定义为模糊集上的论域，

e，ec＝{-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5}

则其模糊子集为e，ec＝{NL，NM，NS，ZE，PS，PM，PL}，子集中元素分别代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大。

4.根据权利要求1所述的一种功能性电刺激闭环模糊PID控制方法，其特征在于，所述根据所述控制规则对所述模糊PID控制器的三个参数进行整定具体为：

KP(k)=KP(k-1)+γP(k)ΔKPKI(k)=KI(k-1)+γI(k)ΔKIKD(k)=KD(k-1)+γD(k)ΔKD]]>

其中，γ_P(k)、γ_I(k)和γ_D(k)为校正速度量；

控制量u(k)=KP(k)e(k)+KI(k)Σi=0ke(i)+KD(k)[e(k)-e(k-1)],]]>k的取值为正整数。