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  本文關(guān)鍵詞：基于DSP的智能控制器及在智能人工腿中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中南大學(xué)》 2003年

基于DSP的智能控制器及在智能人工腿中的應(yīng)用研究

梁豐  

【摘要】：智能人工腿是機(jī)器人學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)領(lǐng)域一個(gè)備受關(guān)注的研究課題，它最優(yōu)秀的特點(diǎn)是能模仿人體健康腿的運(yùn)動(dòng)方式且步行速度可自然、隨意地跟隨截肢者步行速度的變化而變化。開展該項(xiàng)目的研究對(duì)改善殘疾人的生存條件和促進(jìn)其醫(yī)療福利事業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 智能人工腿的擺動(dòng)靠空壓氣缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)，空壓氣缸尾部的電機(jī)可以控制氣缸內(nèi)一個(gè)針閥(流量控制閥)的開度，通過改變閥門開度可以調(diào)節(jié)膝關(guān)節(jié)彎曲和伸展的阻尼，從而達(dá)到改變膝關(guān)節(jié)彎曲和伸展速度的目的。以前研制的智能人工腿，在兩個(gè)方面存在不足，一方面它的控制器控制氣缸內(nèi)針閥開度采用步進(jìn)電機(jī)所構(gòu)成的開環(huán)系統(tǒng)，，位置精度不高；另一方面它的CPU多采用51系列的單片機(jī)，運(yùn)行速度不能滿足高級(jí)算法的需要。針對(duì)這兩方面的不足，我們提出以下改進(jìn)方案： (1)．改步進(jìn)電機(jī)為伺服直流電機(jī)，使它能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精密的位置控制。 (2)．設(shè)計(jì)了一個(gè)具有位置和電流反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并采用遺傳算法對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)引入模糊控制理論使PID參數(shù)可進(jìn)行在線整定。通過控制策略的改進(jìn)來提高智能人工腿步態(tài)調(diào)整的快速性和準(zhǔn)確性。 (3)．智能控制器的CPU采用TI公司生產(chǎn)的DSP芯片TMS320F240PQ，它是專用電機(jī)控制芯片，集成度高，運(yùn)行速度比51系列單片機(jī)快數(shù)十倍并具有強(qiáng)大的指令集，可實(shí)現(xiàn)高級(jí)算法的在線運(yùn)算。 通過控制器硬件的設(shè)計(jì)、制作，軟件的編寫、調(diào)試以及實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，本文所提出的智能人工腿智能控制器提高了控制系統(tǒng)的智能性、魯棒性、快速性和準(zhǔn)確性。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2003
【分類號(hào)】：TP242
【目錄】：

第一章 綜述8-17

1.1 項(xiàng)目研究的背景及目的意義8

1.2 國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展概況及國(guó)內(nèi)的需求8-14

1.3 本人課題所從事的主要研究14-15

1.4 技術(shù)路線和實(shí)施方案15

1.5 論文創(chuàng)新點(diǎn)15-16

1.6 小結(jié)16-17

第二章 智能人工腿直流電機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析17-30

2.1 系統(tǒng)方案17-25

2.2 閉環(huán)設(shè)計(jì)及仿真25-29

2.3 小結(jié)29-30

第三章 控制器的硬件電路設(shè)計(jì)30-45

3.1 DSP概述30

3.2 DSP芯片的特點(diǎn)30-32

3.3 DSP內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組成32-34

3.4 基于DSP的控制器硬件設(shè)計(jì)34-44

3.5 小結(jié)44-45

第四章 控制器的軟件設(shè)計(jì)與分析45-64

4.1 主程序設(shè)計(jì)與分析45-48

4.2 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)與分析48-63

4.3 小結(jié)63-64

第五章 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試64-68

5.1 硬件調(diào)試64-65

5.2 軟件調(diào)試65-67

5.3 實(shí)驗(yàn)裝置67

5.4 小結(jié)67-68

總結(jié)68-69

攻讀碩士期間發(fā)表的論文69-70

參考文獻(xiàn)70-73

致謝73

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