气动人工肌肉并联驱动平台的模糊PID控制

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1、2010年7月机床与液压Ju1．2010第38卷第13期MACHINET00L&HYDRAULICSVo1．38No．13DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．13．026气动人工肌肉并联驱动平台的模糊PID控制任碧诗，施光林(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：气动人工肌肉是一种新型的气动执行器，具有重量轻、输出力／缸径比大等优点。设计了一种采用4根气动人工肌肉的并联驱动平台，并以高速开关阀控制气动人工肌肉实现平台的运动。为实现运动平台高精度的位置控制，针对该系统设计了模糊PID控制器，较传统的PID控制器，这种

2、模糊控制器能够对PID的参数进行在线自动调整，因而能够满足变工况下的控制精度要求。实验结果验证了模糊PID控制器对于运动平台高精度位置控制的有效性。关键词：气动人工肌肉；并联驱动；平台；高速开关阀；模糊PID中图分类号：TH138文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)13—085—3Fuzzy．PIDControlofPlatformDrivenbyPneumaticArtificialMusclesUnitedlyRENBishi．SHIGuanglin(SchoolofMechanicalandPowerEngineering，Shanghai

3、JiaotongUniversity，Shanghai200240，China)Abstract：Thepneumaticartificialmuscleisanewtypeofflexibleactuator．Ithastheadvantagesoflight—weightandlargepow—egvolumeratios．Aplatformdrivenby4pneumaticartificialmusclesunitedlywasproposed，andthemotionofthisplatformwascon—trolledbyhighspeedpneum

4、aticon／ofvalves．Inordertoachievehighercontrolprecisionofplatform，afuzzy—PIDcontrollerWasde—signed．Comp~edwithconventionalPIDcontroller，thiskindofcontrollercanadaptthePIDp~ametemonline，SOitcouldmeetcon—trolprecisionrequirementundervariableworkingcondition．Theexperimentalresultsindicate

5、thattheplatformwiththefuzzy—PIDcon—trollerachievesgoodcontrolaccuracy．Keywords：Pneumaticartificialmuscles；Paralleldrive；Platform；Highspeedon／ofvalve；Fuzzy—PID0引言1并行驱动平台设计气动人工肌肉PAM(PneumaticArtificialMuscle)是一种新型的拉伸型气动执行元件。由于其具有重量轻、输出力／缸径比大、柔顺性好、使用安全方便等优点，近年来广泛应用于服务、医疗、娱乐、康复机械及工装夹具等各个领

6、域并具有良好的潜在应用前景。但由于气动人工肌肉又具有典型的非线性和迟滞性，难以进行精确的数学建模，并且在负载变化和扰动存在时，需要不断调整控制参数，所以传统的PID控制器难以满足控制系统的要求。而模糊PID控制器不依赖于对象模型，用语言变量来描述系统特10征，不需要被控制对象的精确数学模型，并能够依据系统的动态信息和模糊控制规则进行推理以获得合适I、2、3、4一气动人工肌肉s一框架6、7、8、9一钢丝lO一运动平台的控制量，因而具有较强的鲁棒性并且能实现PID控图1气动人工肌肉并联驱动平台结构图制器的参数在线自调整，改善了PID控制器的性能，气动人工肌肉并联驱动平

7、台机构如图1所示。以适应控制系统的参数变化和工作条件变化。整套系统由一个4m×4m×3．3m的固定框架、一个作者采用气动人工肌肉作为执行元件，建立了一运动的平台以及连接于运动平台和固定框架之间的4套人工肌肉并联驱动的平台系统，并利用模糊PID控根等长的气动人工肌肉和钢丝绳滑轮等组成。4根气制策略对平台位置进行控制，得到了比较好的控制效动人工肌肉分别通过钢丝绳和运动平台上的4个节点果。相连接。其中，1、4号气动人工肌肉通过钢丝绳及收稿日期：2010—04—23作者简介：任碧诗(1984一)，硕士研究生，主要研究方向：基于气动人工肌肉飞行模拟器的计算机控制和气动医用物

8、流输送系统