[发明专利]踝关节假肢模型的建立方法、无模型控制方法和验证方法

权利要求书

1.一种踝关节假肢的无模型控制方法，用于踝关节假肢的动态线性化模型，其特征在于，包括：

确定控制输入准则函数；

根据所述控制输入准则函数和所述动态线性化模型，计算得到第一控制函数，所述第一控制函数为无模型自适应控制器表达函数，所述无模型自适应控制器表达函数为：

其中，为无模型自适应控制器的输出信号；步长因子，可使无模型自适应控制器的控制具有更大的灵活性；为无模型自适应控制器的参数变量；为伪梯度时变参数向量的值；

根据所述动态线性化模型和目标控制表达函数，确定第二控制函数，其中，所述目标控制表达函数由滑平面函数根据离散趋近率和跟踪误差进行变换确定，所述第二控制函数为准滑模控制器表达函数，所述准滑模控制器表达函数为：

其中，；为准滑模控制器的输出信号；

根据所述第一控制函数和所述第二控制函数，确定控制踝关节假肢的无模型控制表达函数，所述无模型控制表达函数为无模型自适应准滑模控制器表达函数，所述无模型自适应准滑模控制器表达函数为：

；

；

；

其中，为伪梯度时变参数变量；为无模型自适应准滑模控制器的输出信号；

所述踝关节假肢的动态线性化模型的建立方法，包括：基于目标算法建立踝关节假肢模型，所述踝关节假肢模型为连续系统函数；以踝关节力矩作为输入，踝关节角度作为输出，对所述连续系统函数进行离散化处理，得到离散系统函数；引入伪梯度的时变参数向量将所述离散系统函数转换为踝关节假肢的动态线性化模型；其中，所述离散系统函数为：

其中，表示k-1时刻的哥式力和离心力相关项矩阵；表示k-1时刻的重力相关项矩阵；表示k-1时刻的实对称惯性矩阵，且、以及均为特定的值；、、表示各个离散时刻的输出信号；表示踝关节假肢与人体的交互力矩；其中，所述动态线性化模型为紧格式动态线性化模型，所述紧格式动态线性化模型表达如下：；

其中，为伪梯度时变参数向量；为输入信号；为输出信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述控制输入准则函数和所述动态线性化模型，计算得到第一控制函数，包括：

基于虚拟参考反馈方法，求解所述第一控制函数的控制参数变量；

根据所述求解得到的所述控制参数变量，确定求解伪梯度时变向量的目标算法；

根据所述动态线性化模型和所述目标算法，确定所述第一控制函数。

3.一种踝关节假肢控制的验证方法，用于权利要求1或2所述的踝关节假肢的无模型控制方法，其特征在于，包括

基于SolidWorks软件构建人体各部件模型；

基于Adams软件设置所述人体各部件模型的相关参数，对所述人体各部件模型添加约束副及驱动副；

建立所述Adams软件与MATLAB软件的数据传输接口，将所述人体各部件模型的相关参数和对应所述体各部件模型添加的所述约束副及驱动副，通过所述数据传输接口传输至所述MATLAB软件；

搭建联合仿真实验平台，根据踝关节假肢的控制方法控制所述踝关节假肢模型进行人体步态行走，对所述人体步态行走进行仿真分析和验证。