无模型的有限时间强大的控制使用分数级超局部模型和上肢康复外骨架的规定的性能滑动表面
Dingxin He1, Haoping Wang1, Yang Tian1
1Sino-French International Joint Laboratory of Automatic Control and Signal Processing (LaFCAS), School of Automation, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, 210094, China.
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|February 9, 2024
概括
这项研究引入了一种强大的有限时间控制器,用于上肢外骨架,改善了轨迹跟踪,尽管存在不确定性. 新的分数顺序无模型方法提高了康复机器人的性能和安全性.
科学领域:
- 机器人和控制系统 机器人和控制系统
- 生物医学工程 生物医学工程
- 机械电子学是什么意思 机械电子学
背景情况:
- 由于不确定性和外部干扰,上肢康复外骨的轨迹跟踪具有挑战性.
- 现有的无模型控制策略经常与复杂的非线性动态作斗争,需要广泛的模型信息.
- 精确的控制对于有效和安全的患者康复至关重要.
研究的目的:
- 为上肢康复外骨架提出一种新的分数级超局部基于模型的无模型的有限时间强大控制器 (FO-FTRC).
- 为了实现独立于外骨模型信息的精确轨迹跟踪.
- 加强对不确定性和外部干扰的稳定性.
主要方法:
- 开发一个多输入多输出 (MIMO) 分数级超局部模型,以近似外骨架动态.
- 集成一个分数顺序的准时间延迟估计器 (FO-QTDE) 和一个未知干扰估计器 (UDE),用于不确定性和错误补偿.
- 实施规定的性能滑动模式控制 (PPSMC) 以在性能界限内的有限时间收,使用利亚普诺夫稳定性分析进行验证.
主要成果:
- 拟议的FO-FTRC控制器在轨迹跟踪方面表现出优异的性能,与α-AMFC,TDE-CNFTSMC,MFF-TSM和分数顺序PDβ.等现有方法相比.
- 在7-DOF iReHave外骨架上的共模拟结果和在2-DOF外骨架上的实验验证证证了控制器的有效性.
- 控制器实现了有限时间的融合,并在预定义的边界内保持性能.
结论:
- 该FO-FTRC提供了一个独立于模型的,强大的,有效的解决方案,用于追踪上肢康复外骨架的轨迹.
- 分数顺序建模,先进的估计技术和规定的性能控制的结合大大提高了控制的准确性和可靠性.
- 这种方法有望提高机器人辅助康复的能力和安全性.
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