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1、Proceedingsofthe29thChineseControlConferenceJuly29-31,2010,Beijing,China基于PSO算法的气动人工肌肉关节PID参数自整定12田艳兵王晓昕1.青岛理工大学自动化工程学院，青岛266520E-mail:tianyanbing@qtech.edu.cn2.北京理工大学自动化学院，北京100081E-mail:aptxfans.wang@gmail.com摘要:建立了气动人工肌肉关节的数学模型，采用PID控制率进行控制。为了改善控制效果，采用粒子群算法进行PID参数寻优
2、。以阶跃响应的超调量、调节时间和稳态误差等加权组成适宜度函数，确定最优控制参数。对采用PSO整定参数和Z-N整定参数的PID控制进行仿真实验，表明PSO算法整定的参数对人工肌肉关节控制效果有明显改进。关键词:气动,人工肌肉,自整定,关节ParameterSelf-tuningofPIDinPneumaticArtificialMuscleJointBasedonPSOAlgorithm12TIANYanbing,WANGXiaoxin1.AutomationEngineeringCollege,QingdaoTechnologica
3、lUniversity,Qingdao266520,P.R.ChinaE-mail:tianyanbing@qtech.edu.cn2.SchoolofAutomation,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,P.R.ChinaE-mail:aptxfans.wang@gmail.comAbstract:Pneumaticartificialmusclesjointmathematicalmodelwasestablished,PIDcontrolmethodwasadoptedin
4、thesystem.Inordertoimprovethecontrolresults,particleswarmoptimizationwasusedtooptimizationparametersofPID.Thefitnessfunctionwhichwasmadeupofovershoot,settlingtimeandsteadyerrorofstepresponsewasusedtodeterminetheoptimalcontrolparameters.SimulationbasedonparameterfromPSO
5、andZ-NindicatesthatcontrolresultsbasedonPSOparametertuningwassignificantimproved.KeyWords:Pneumatic,ArtificialMuscles,Self-tuning,Joint1引言(Introduction)广泛应用。目前，德国的Festo、日本的BridgeStone等公司相继推出了系列化的气动肌肉产品。在工业控制中，应用最广泛的控制器是PID控制气动人工肌肉的工作原理为：当气动人工肌肉充器，也就比例、积分、微分控制。其具有结构简单、气
6、后，橡胶管膨胀，使气动人工肌肉产生径向膨胀和应用成熟、鲁棒性强、易于工程实现等特点，在工程轴向收缩，反之，当释放气体时，橡胶管弹性力使气中得到了广泛的应用，有资料显示，目前工业控制过动人工肌肉回到初始位置。基于以上特点，气动人工程中的控制率80%以上仍然采用了PID控制。PID控制肌肉实际应用中行程不大，收缩率通常不超过25%。器控制效果取决于控制器的三个参数Kp、Ki以及将两根肌肉串联可以组成运动关节，常见气动人工肌K的取值，传统的PID控制中参数调整好便不再修肉关节形式如图1。d正。随着控制系统的日益复杂，参数自整定对改善控制效
7、果有较好作用。Ziegler-Nichols法是常用的PID参数整定方法。人工肌肉模型精确度低、响应慢、不易图1关节的结构形式控制。本文采用粒子群算法（PSO-particleswarmoptimizationalgorithm）对人工肌肉关节角度控制中要对肌肉关节进行控制，首先要建立模型，其模PID参数进行寻优，取得了不错的控制效果。型的建立又是在单根肌肉动作特性的基础上的。单根气动人工肌肉模型目前被广泛采用的是C.P.Zhou给2气动人工肌肉关节模型建立(Pneumatic出的数学模型，如式（1）。ArtificialMuscl
8、esModel)2F=(p-p)[A1(-e)-B]=0气动人工肌肉由具有气密性的弹性囊和套在弹（1）2P[A1(-e)-B]性囊外面的编制网构成，因其结构简单、重量轻、动作平滑；输出力-自重比大，特别是由于气动人工肌肉的运动方式和力
