نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی دکترا، آزمایشگاه کنترل سیستمهای عصبی-عضلانی، گروه مهندسی پزشکی، مرکز فناوری عصبی ایران، دانشگاه علم و صنعت ایران
2 دانشیار، آزمایشگاه کنترل سیستمهای عصبی-عضلانی، گروه مهندسی پزشکی، مرکز فناوری عصبی ایران، دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
در این تحقیق یک راهکار کنترلی تطبیقی مقاوم فازی مبتنی بر کنترل لغزشی به منظور کنترل حرکت مفصل زانو با استفاده از تحریک الکتریکی کارکردی ارائه شده و به طور عملی بر روی 3 فرد مورد ارزیابی و مطالعه قرار گرفته است. راهکار کنترلی ارائه شده در این مقاله مبتنی بر کنترل نوع لغزشی است. از مهمترین ویژگی های کنترل نوع لغزشی، مقاوم بودن در مقابل عدم قطعیت های مدل و سیستم است. در عمل حدود عدم قطعیت ها مشخص نیست. بنابراین لازم است در کنترل نوع لغزشی، بهره جمله ناپیوسته تا حد ممکن بزرگ انتخاب شود. این سبب افزایش نوسان حول صفحه لغزش می شود. در این مقاله برای مقابله با عدم قطعیت ها، یک راهکار کنترلی از ترکیب کنترل نوع لغزشی، سیستم فازی و جبران ساز مقاوم تطبیقی برای جبران عدم قطعیت های ساختاری و غیر ساختاری ارائه شده است. در این راهکار کنترلی ابتدا دینامیک سیستم عضله- مفصل به وسیله سیستم منطق فازی شناسایی شده است. ضرایب مدل فازی در هر لحظه از زمان توسط یک تخمین گر فازی دیگر تعیین شده است. مطالعات شبیه سازی و نتایج آزمایش های انسانی نشان می دهند که راهکار کنترلی قادر به کنترل مقاوم و دقیق حرکت زاویه مفصل زانو بوده است. کنترل کننده قادر است با تنظیم شدت تحریک عضله، به خوبی اثر اغتشاش مکانیکی خارجی و بروز پدیده خستگی عضلانی را جبران کند.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
An Adaptive Fuzzy Control with Hierarchical Structure for Controlling the Knee-joint angle by using Functional Electrical Stimulation
نویسندگان [English]
- Hamid Reza Kobravi 1
- Abbas Erfanian Omidvar 2
1 Ph.D Candidate, Neuromuscular Control System Lab., Department of Biomedical Engineering, Iran Neural Technology Center, Iran University of Science and Technology
2 Associate professor, Neuromuscular Control System Lab., Department of Biomedical Engineering, Iran Neural Technology Center, Iran University of Science and Technology
چکیده [English]
In this paper an adaptive robust fuzzy controller based on sliding mode control (SMC) approach is proposed to control the knee joint position using quadriceps electrical stimulation and it has been tested on three subjects. The proposed method is based on SMC. The main advantage of SMC derives from the property of robustness to system uncertainties and external disturbances. However, a large value has to be applied to the control gain when the boundary of uncertainties is unknown. Unfortunately, this large control gain may cause chattering on the sliding surface and therefore deteriorate the system performance. In this paper a robust control strategy proposed which is based on the combination of sliding mode, fuzzy logic systems, and an adaptive compensator to reduce the system uncertainties while alleviating the effects of chattering. The fuzzy logic system is used to identify the muscle-joint dynamics. The parameters of this fuzzy system were estimated using another fuzzy system. The controller is evaluated through the simulation studies on a virtual patient and experimental studies on intact subjects. The results show that the adaptive robust controller provides an accurate tracking of desired knee-joint angle for different subjects and different days and can generate control signals to compensate the muscle fatigue and reject the external disturbance.
کلیدواژهها [English]
- Adaptive control
- Sliding mode control (SMC)
- Fuzzy logic system
- Muscle-joint system
- Functional electrical stimulation (FES)