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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
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