基于重复学习的下肢外骨骼控制研究

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1、国内图书分类号：TP13密级：公开国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文基于重复学习的下肢外骨骼控制研究年级二零一三级姓名杨勇申请学位级别工学博士专业控制科学与工程指导老师马磊教授二零一七年九月十二日ClassifiedIndex:TP13U.D.C:SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationCONTROLOFLOWERLIMBEXOSKELETONBASEDONREPETITIVELEARNINGGrade:2013Candidate:YangYongAcademicDegreeApplie

2、dfor:Ph.DSpeciality:ControlScienceandEngineeringSupervisor:Prof.MaLeiSept.12,2017西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并。向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印。、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于１．保密□，在年解密后适用本授权书；２．不保密ｇ使用本

3、授权书。上方框“”（请在以内打Ｖ）学位论文作者签名：：指导老师签名ｎｍ：ｙｂ日期：西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研宄成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：１采用拉格朗日（Ｌａｒａｎｅ）建模方法，建立了下肢外骨骼机械连杆系统模型（）ｇｇ。基于此模型，Ｌｕｎｏｖ函

4、数中引入联合误差研究了下肢外骨骼重复学习控制，通过在ｙａｐ因子，，在保证系统稳定性的同时提高了对参考轨迹跟踪误差收敛速度；针对下肢外骨骼非周期未知非线性与重复扰动特性一，提种祌经网络习结出了与重复学合的控制，实，方法设计并现了控制器有效抑制了系统非周期未知非线性与重复扰动，提升了。控制精度（２）建立了适用于下肢外骨骼的液压驱动系统模型，在考虑施加到液压缸活塞杆上的周期性的同时，将不同摆幅件下活塞杆所推动的等效质量分成未知常量与等效力条。未知周期变量两种情况进行处理针对塞杆所推动效质为未常，结活等量知量的情况法一合投影映自应数

5、，射适参估计方与重复学习方法提出了种适用于下肢外骨骼的液压驱动系统重复学习控制器；针对活塞杆所推动质量未知且周期性变化的情况，使用离散化技术，设计液习器。了压驱动系统重复学采样控制３以外骨骼完整系统为对象，结合外骨骼机械连杆系统与液压动系统的研究，（）驱建立了由液压驱动的外骨骼系统完整动力学模型，并基于此模型研究了外骨骼重复学。生习控制引入由周期参轨迹的虚拟重复动态，将外骨骼完整系统实际动态与虚考产拟重复动态之差等效成控制系统上界，设计了非耦合重复学习控制器，能够有效地克服型。系统模不确定性和外部扰动带来的影响所设计的控制器在实

6、际系统中进行实了，验测试验证所设计控制器的有。了效性位作：学论文者签名＾曰：期－（ｎ＞＾西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要下肢外骨骼系统既能帮助脑中风、老龄化、肢体运动障碍以及残疾等人群提供康复训练或行走助力，亦能增加人体载荷能力，对改善人类生活条件与提高生活品质有重要作用。作为下肢外骨骼技术的核心，控制系统的优劣直接决定系统工作性能。良好的控制性能不仅能提升穿戴者的舒适度，而且对于保障训练质量或提升助力效率至关重要。下肢外骨骼机械系统为强耦合复杂非线性系统，其机构与伺服驱动系统均存在模型不准确、参数变化、外部扰动以及与人体相互作

7、用等影响，控制难度大。下肢外骨骼的工作条件使得系统具有重复或周期特征，具体表现为重复动态或重复扰动。对系统重复信息充分利用能在进一步提高控制性能的同时，使系统对不同穿戴者更具学习适应能力。论文从下肢外骨骼对参考轨迹的跟踪控制入手，以重复学习控制为理论基础，结合Lyapunov方法，分别针对下肢外骨骼机械连杆系统、液压驱动系统以及完整系统进行了控制研究，实现了外骨骼系统对参考轨迹的高精度跟踪控制。主要研究内容如下：(1)针对下肢外骨骼机械连杆系统，采用Lagrange建模方法，建立了下肢外骨骼系统模型。基于此模型，研究了下肢外骨骼重复学习控制。通过引入一种联

8、合误差因子，实现了下肢外骨骼Lagrange系统快速跟踪控制。结合