关于粒子群算法气动人工肌肉建模和优化.pdf

2010年 11月 机床与液压 NOV．2010 第38卷 第21期 MACHINETO0L HYDRAULICS Vo1．38No．21 DOI：10．3969／j．issn．1001——3881．2010．21．013 基于粒子群算法的气动人工肌肉建模与优化 田艳 兵 (青岛理工大学 自动化工程学院，山东青岛266520) 摘要：对气动人工肌肉的数学模型进行研究。给出基本数学模型，在此基础上提出一种简化模型，利用粒子群算法对 简化模型的相关参数进行优化，将利用简化后的数学模型得到的计算数据和实验数据进行对 比。结果表明优化后的数学模 型切实可行，有利于控制策略的实现，简化了算法程序设计。 关键词：人工肌肉；粒子群算法；模型优化；仿真 中图分类号：TH138．9 文献标识码：A 文章编号：1001—3881(2010)21—043—3 M odelingandOptimizationofPneumaticArtificialMuscleBasedon ParticleSwarm Optimi zation TIAN Yanbing (AutomationEngineeringCollege，QingdaoTechnologicalUniversity，QingdaoShandong266520，China) Abstract：Themathematicalmodelofpneumaticartificialmuscleswasstudied． Basedonbasicmathematicalmodel，asimpli— fledmodelWas proposed．ThemodelparameterswereoptimizedwithparticleswaI／nalgorithm．Thecalculateddatabasedonthesimpli— fledmathematicalmodelwerecomparedwiththeexperimentaldata．Theresultsindicatethattheoptimizedmathematicalmodelisprac— tical，andcontrolstrategyiseasytorealize，program algorithm issimple． Keywords：Pneumaticartificialmuscle；Particleswarm optimization；Modeloptimization；Simulation 人工肌肉早在20世纪30年代就被俄罗斯的发明 1．1 解析法建立数学模型 家SGarsiev制造出来 ，工作介质是液压油。80年代， 传统的建模方法主要是解析法，最常用的是基于 日本气压式轮胎制造企业Bridgestone公司开始对空气 能量守恒理论的建模方法，其基本原理是气体充人人 压人工肌肉进行研究，并将它运用于驱动。气动人工 工肌肉并对其做功时，如果忽略做功过程中能量的损 肌肉由具有气密性的橡胶管和套在橡胶管外面的编制 耗则可以按照能量守恒定律建立起一种基本数学模 网构成，其结构简单 、质量轻 、易于小型化；动作平 型 。 滑、柔软，无相对摩擦运动部件 ；输出力 一自重 比 对气动人工肌肉充气，实际上是冲人气体产生的 大、能量转换效率高；价格低廉，特别是由于气动人 压力对人工肌肉做功的过程 ，输入功可以为： 工肌肉的运动方式和力一长度特性与生物肌肉相仿， ， r dWi=J(P—P。)dIidsi=(P—Po)Jdlidsi=PdV 得到