[发明专利]功能性电刺激的上肢康复系统的条件反馈控制方法

权利要求书

1.一种功能性电刺激的上肢康复系统的条件反馈控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

建立基于Hammerstein结构的上肢肌肉模型，所述上肢肌肉模型由电刺激下肌肉静态非线性即等长招募曲线和线性肌骨动态特性即线性激活动态组成，f(u)表示所述等长招募曲线，其数学表达式为：

f(u)＝r₀+r₁u+r₂u²+…+r_nuⁿ

其中r₀、r₁、……r_n为多项式的系数，n为多项式的阶次，u为所述肌肉模型的输入信号，G_p(s)表示所述线性激活动态，其数学表达式为：

其中s为微分算子，b₀为G_p(s)分子多项式系数，a₀、a₁、……a_m-1为G_p(s)分母多项式系数，m为传递函数的阶次，τ为延迟时间常数；

设计条件反馈控制中的前馈控制器，所述前馈控制器包含有预期动态方程H(s)和前馈补偿器G_f(s)，所述预期动态方程H(s)的数学表达式为：

其中T_f为所述预期动态方程的时间常数，所述前馈补偿器G_f(s)的数学表达式为：

设计条件反馈控制中的反馈控制器，所述反馈控制器为比例-积分-微分(Proportional-integral-derivative,PID)控制器，G_c(s)表示PID控制器，其数学表达式为：

其中k_p、k_i和k_d分别为所述PID控制器的比例增益、积分增益和微分增益；

基于由所述预期动态方程H(s)和所述前馈补偿器G_f(s)组成的所述前馈控制器，以及所述反馈控制器G_c(s)，设计非线性补偿器用于补偿所述上肢肌肉模型中的电刺激下肌肉静态非线性，g(w(s))表示所述非线性补偿器，其数学表示式为：

g(w(s))＝f^-1(u)

其中w(s)为所述非线性补偿器的输入信号，f^-1(u)表示所述等长招募曲线的逆，所述非线性补偿器的输入信号w(s)的计算表示式如下：

其中，R(s)和Y(s)分别表示所述上肢肌肉模型输出力的设定值和实际值；

基于所述非线性补偿器的输入信号w(s)和所述等长招募曲线的逆f^-1(u)，设计所述上肢肌肉模型的控制量U(s)的计算表示式如下：

U(s)＝W(s)f^-1(u)

执行机构根据所述U(s)的值实时调整执行机构的变化。