Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Điều Khiển PID Tự Điều Chỉnh Thông Minh cho Hệ Thống Kiểm Tra Robot cho Thử Nghiệm Khớp Xương Cơ của Con Người
Tóm tắt
Trong bài báo này, một phương pháp điều khiển tỉ lệ - tích phân - vi phân (PID) thông minh được giới thiệu cho hệ thống kiểm tra robot phục vụ nghiên cứu sinh học về các khớp xương cơ của con người. Đối với hệ thống kiểm tra, robot là một hệ thống phức tạp phi tuyến tính và có sự liên kết mạnh mẽ, trong khi mẫu cột sống của con người cũng thể hiện các đặc tính phi tuyến khi được thử nghiệm. Mặc dù phương pháp điều khiển PID thông thường được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các hệ thống điều khiển công nghiệp, nó sẽ gặp khó khăn trong các hệ thống phi tuyến, đặc biệt là đối với các hệ thống phức tạp mà không có mô hình toán học chính xác. Để khắc phục những khó khăn đó, một bộ điều khiển PID mờ thông minh được đề xuất thay thế cho các bộ điều khiển PID thông thường được sử dụng rộng rãi. Thuật toán PID mờ được phác thảo dựa trên lý thuyết tập mờ. Các kỹ thuật thiết kế được phát triển dựa trên phương pháp mặt phẳng ngữ nghĩa. Các quy tắc tổng hợp được tóm tắt thành một hệ thống chuyên gia dựa trên quy tắc. Các thí nghiệm được thực hiện và kết quả cho thấy hiệu suất tốt của hệ thống kiểm tra robot khi sử dụng phương pháp điều khiển được đề xuất.
Từ khóa
#điều khiển PID #hệ thống kiểm tra robot #khớp xương cơ #cột sống con người #lý thuyết tập mờ #hệ thống chuyên giaTài liệu tham khảo
Abumi, K., M. M. Panjabi, K. M. Kramer, J. Duranceau, T. Oxland, and J. J. Crisco. Biomechanical evaluation of the lumbar spinal stability after graded facetectomies. Spine 15:1142–1147, 1999.
Brodke, B. S., S. Gollogly, R. A. Mohr, B.-K. Nguyen, A. T. Dailey, and K. N. Bachus. Dynamic cervical plates: Biomechanical evaluation of load sharing and stiffness. Spine 26:1324–1329, 2001.
Cheah, C. C., S. Kawamura, S. Arimoto, and K. Lee. PID control of robotic manipulator with uncertain Jacobian matrix. 1999 IEEE Int. Conf. Robotics Automation 1:494–499, 1999.
Chen, C. L., and F.-Y. Chang. Design and analysis of neural/fuzzy variable structural PID control systems. IEEE Proc. Control Theory Appl. 143:200–208, 1996.
Cheong, J., W. K. Chung, and Y. Youm. PID composite controller and its tuning for flexible link robots. IEEE/RSJ Int. Conf. Intell. Robots Syst. 3:2122–2127, 2002.
Doehring, T. C. Delineation of in-vitro lumbar spine structural properties using a robotic/UFS testing system with hybrid control: Experiments and analytical simulation, Dissertation, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA, 2000.
Gawthrop, P. J., and P. E. Nomikos. Automatic tuning of commercial PID controllers for single-loop and multiloop applications. IEEE Control Syst. Mag. 10:34–42, 1990.
Gilbertson, L. G., T. C. Doehring, and J. D. Kang. New methods to study lumbar spine biomechanics: Delineation of in vitro load–displacement characteristics by using a robotic/UFS testing system with hybrid control. Oper. Tech. Orthop. 10:246–253, 2000.
Gilbertson, L. G., T. C. Doehring, G. A. Livesay, T. W. Rudy, J. D. Kang, and S. L.-Y. Woo. Improvement of accuracy in a high-capacity, six degress-of-freedom load cell: Application to robotic testing of musculoskeletal joints. Ann. Biomed. Eng. 27:839–843, 1999.
Goel, V. K., D. G. Wilder, M. H. Pope, and W. T. Edwards. Biomechanical testing of the spine: Load-controlled versus displacement-controlled analysis. Spine 20:2354–2357, 1996.
Kato, Y., M. M. Panjabi, and K. Nibu. Biomechanical study of lumbar spinal stability after osteoplastic laminectomy. J. Spinal Disord. 11:146–150, 1997.
Koivo, A. J. Fundamentals for Control of Robotic Manipulators. New York: Wiley, 1989.
Li, W., X. G. Chang, J. Farrell, and F. M. Wahl. Design of an enhanced hybrid fuzzy P+ID controller for a mechanical manipulator. IEEE Trans. Syst. Man Cybern. B: Cybern. 31:938–945, 2001.
Mann, G. K. I., B.-G. Hu, and R. G. Gosine. Analysis of direct action fuzzy PID controller structures. IEEE Trans. Syst. Man Cybern. B: Cybern. 29:371–388, 1999.
Mann, G. K. I., B.-G. Hu, and R. G. Gosine. Two-level tuning of fuzzy PID controllers. IEEE Trans. Syst. Man Cyern. B: Cybern. 31:263–269, 2001.
Oxland, T. R., R.-M. Lin, and M. M. Panjabi. Three-dimensional mechanical properties of the thoracolumbar junction. J. Orthop. Res. 10:573–580, 1992.
Panjabi, M. M. Biomechanical evaluation of spinal fixation devices: 1. A conceptual framework. Spine 13:1129–1134, 1988.
Panjabi, M. M., T. R. Oxland, I. Yamamoto, and J. J. Crisco. Mechanical behavior of the human lumbar and lumbosacral spine as shown by the three-dimensional load–displacement cures. J. Bone Joint Surg. 76A:413–424, 1994.
Spong, M. W., and M. Vidyasagar. Robot Dynamics and Control. New York: Wiley, 1989.
Tencer, A. F., A. M. Ahmed, and D. L. Burke. Some static mechanical properties of the lumbar interverebral joint, intact and injured. Trans. ASME J. Biomech. Eng. 104:193–201, 1982.
Yamamoto, I., M. M. Panjabi, T. Crisco, and T. R. Oxland. Three-dimensional movements of the whole lumbar spine and lumbosacral joint. Spine 14:1256–1260, 1989.
Yen, J., R. Langari, and L. A. Zadeh. Industrial Applications of Fuzzy Logic and Intelligent Systems. New York: The Institute of Electrical and Electronics Engineers, 1995.
Zhao, Z.-Y., M. Tominuka, and S. Isaka. Fuzzy gain scheduling of PID controllers. IEEE Trans. Syst. Man Cybern. 23:1392–1398, 1993.