مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل پایداری کنترل ادمیتانس سیستم سرونیوماتیک توانبخش پا

نویسندگان
1 هیأت علمی دانشگاه
2 عضو هیأت علمی گروه مهندسی مکانیک و رئیس دفتر ارتباط با صنعت دانشگاه گیلان
چکیده
در این پژوهش، به منظور توانبخشی عضو حرکتی پا، یک سیستم سرونیوماتیک مجهز به سیلندر دوطرفه قرار داده شده به صورت عمودی و کنترل شونده با شیرهای قطع/وصل ساخته شده است. به دلیل متفاوت بودن شرایط فیزیکی و درجه معلولیت بیماران و تغییرات سایر پارامترهای دینامیک سیستم، استراتژی کنترل ادمیتانس برای سازگار نمودن تعامل عملگر با کاربر به کار گرفته می‌شود. به منظور تحلیل پایداری مجموعه، مدل خطی و تابع تبدیل پیوسته سیستم ارائه می‌گردد. به دلیل وجود توابع تبدیل نمایی در تابع تبدیل پیوسته سیستم، تبدیلات لازم جهت حصول به تابع تبدیل حلقه بسته گسسته صورت می‌گیرد. از این طریق، تعیین محدوده عملکرد پایدار پارامترهای کنترل ادمیتانس نسبت به تغییرات سایر پارامترهای دینامیکی مجموعه به روش تحلیل مکان هندسی قطب‌های سیستم حلقه بسته گسسته امکان‌پذیر می‌شود. این پارامترهای دینامیکی شامل جرم، میرایی و سفتی معادل عملگر و امپدانس پا و همچنین بهره‌های تناسبی و مشتقی کنترلر موقعیت حلقه داخلی می‌باشند. تطابق مناسبی بین مرزها و محدوده‌های عملکرد پایدار سیستم در مقایسه نتایج تحلیلی و تجربی حاصل از آزمایشات مشاهده می‌گردد. نتایج تحلیلی برای تنظیم پارامترهای ادمیتانسی و سایر پارامترهای دینامیک سیستم به منظور عملکرد نرم و پایدار حین فرآیند توانبخشی قابل بکارگیری است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Admittance Control Stability Analysis of a Lower Limb Rehabilitation Servo-Pneumatic System

نویسندگان English

Morteza Fathi 1
Farid Najafi 2
چکیده English

In this study, a vertically placed double-acting pneumatic cylinder controlled by two On/Off solenoid valves is applied for the purpose of the lower limb rehabilitation. Because of the different physical conditions and degrees of disability of patients and changes of the system dynamic parameters, admittance control strategy is used to compliantly interact between users and actuator. To analyze the stability, a linear model of the servo-pneumatic system is developed and its continuous transfer function is derived. Due to the exponential functions in the continuous transfer function of the system, the necessary transformations are used to achieve the discrete closed-loop transfer function of the system. In this way, the determination of the stable performance boundaries of the admittance control parameters related to changes in other dynamic parameters of the system is possible by root locus analysis of the discrete closed-loop system. These dynamics parameters include equivalent mass, damping and stiffness of the actuator and leg impedance and the proportional and differential gains of the inner loop position controller. Good correspondence is observed between the analytical and experimental stability limits of the system. Analytical results for appropriate choice of the admittance control and other dynamic parameters of the servo-pneumatic system are applicable to get smoothly and stable performance during the rehabilitation process.

کلیدواژه‌ها English

Admittance Control
Stability analysis
Root Locus
Discrete Transfer Function
Servo-pneumatic rehabilitation system