1、氣動(dòng)人工肌肉作為一種新型氣動(dòng)執(zhí)行元件已引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文以McKibben氣動(dòng)人工肌肉為研究對(duì)象，通過(guò)理論分析建立McKibben氣動(dòng)人工肌肉理想狀態(tài)下的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上建立了氣動(dòng)人工肌肉較完整的靜動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真研究驗(yàn)證了此模型的正確性。在對(duì)McKibben氣動(dòng)人工肌肉控制系統(tǒng)特性分析的基礎(chǔ)上應(yīng)用模糊控制的基本特點(diǎn)和預(yù)測(cè)PID控制算法相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)了McKibben氣動(dòng)人工肌肉位置伺服系統(tǒng)的

2、模糊預(yù)測(cè)PID控制器。 首先，分析了Chou在建立氣動(dòng)人工肌肉理想模型存在的不足之處，在此基礎(chǔ)上，建立了比較符合實(shí)際的McKibben氣動(dòng)人工肌肉理想模型。進(jìn)而分析了導(dǎo)致McKibben氣動(dòng)人工肌肉力學(xué)特性數(shù)學(xué)模型與實(shí)際輸出力相差較大的原因，抓住影響McKibben氣動(dòng)人工肌肉特性的豐要因素，橡膠彈性力以及橡膠套筒與纖維編織網(wǎng)間摩擦力對(duì)氣動(dòng)人工肌肉力學(xué)特性的影響，建立了較為完整的McKibben氣動(dòng)人工肌肉靜態(tài)力學(xué)特性數(shù)學(xué)模型，

3、針對(duì)MAS-10-700N—AA—MC—K和MAS-20-300N—AA—MC—K兩種不同型號(hào)的McKibben氣動(dòng)人工肌肉，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真分析了氣動(dòng)人工肌肉靜態(tài)力學(xué)特性，驗(yàn)證了靜態(tài)力學(xué)特性數(shù)學(xué)模型的正確性。 其次，將氣動(dòng)人工肌肉系統(tǒng)作為氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)研究，在研究中將McKibben氣動(dòng)人工肌肉在工作過(guò)程中視為等效作用面積的氣缸，將氣缸動(dòng)態(tài)能量平衡方程運(yùn)用于描述McKibben氣動(dòng)人工肌肉動(dòng)態(tài)能量平衡的工作特性中，同樣

4、以?xún)煞N型號(hào)的McKibben氣動(dòng)人工肌肉為例，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真分析了McKibben氣動(dòng)人工肌肉開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)工作特性，驗(yàn)證了氣動(dòng)人工肌肉動(dòng)態(tài)能量平衡方程的正確性。并且在文中推導(dǎo)并給出了McKibben氣動(dòng)人工肌肉系統(tǒng)閉環(huán)控制的傳遞函數(shù)及其基本控制方程。 最后，針對(duì)氣動(dòng)人工肌肉控制系統(tǒng)強(qiáng)非線性、難于建立精確數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，在對(duì)其特性分析的基礎(chǔ)上，提出McKibben氣動(dòng)人工肌肉位置伺服系統(tǒng)的模糊預(yù)測(cè)PID控制策略。把

5、經(jīng)典的PID控制與模糊預(yù)測(cè)控制結(jié)合起來(lái)，通過(guò)模糊辨識(shí)的方法來(lái)建立受控對(duì)象的模糊預(yù)測(cè)模型，再運(yùn)用預(yù)測(cè)優(yōu)化器對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)定，進(jìn)而對(duì)閥控氣動(dòng)人工肌肉系統(tǒng)進(jìn)行控制。仿真結(jié)果表明，常規(guī)PID控制由于慣性負(fù)載和行程的變化，容易引起系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)，不能獲得較好的控制效果，并且用PID控制策略對(duì)McKibben氣動(dòng)人工肌肉位置控制過(guò)程中比例、積分和微分三個(gè)參數(shù)也不好確定。而模糊預(yù)測(cè)PID控制改善了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，響應(yīng)快速，超調(diào)量小。系統(tǒng)對(duì)于擾動(dòng)