مدلسازی و تحلیل دنبال کننده نیوماتیکی یک درجه آزادی توانبخشی با استفاده از مدولاسیون پهنای پالس توسط یک کنترلر فازی

توان بخشی شیوه ای از درمان بیماری ها و اختلالات عصبی، ماهیچه ای، اسکلتی با استفاده از تجهیزات مکانیکی است. هدف آن توانمندسازی افراد از کار افتاده به منظور رسیدن به حداقل سطح فعالیت فیزیکی می باشد. عملگرهای نیوماتیکی به دلیل نسبت توان به وزن بسیار بالا، تمیزی و در دسترس بودن سیال عامل، تعمیر و نگهداری ساده و هزینه پایین، ادوات مناسبی جهت ساخت ربات هایی برای تعامل با اعضاء بدن انسان و استفاده در توان بخشی می باشند. از دیگر ویژگی هایی که موجب کاربرد عملگرهای نیوماتیکی در توان بخشی می گردد، خاصیت تراکم پذیری سیال عامل و ایجاد سفتی های متغیر است. بنابراین به دلیل کارایی و اهمیت ویژه این عملگرها در زمینه پزشکی، کنترل دقیق و سطح ایمنی بالا که باعث آسیب دیدن اعضاء بدن نگردد لازم و ضروری جلوه می کند. از این رو در این پروژهبه دنبالعملگر نیوماتیکی با کنترل کننده دقت بالا هستیم که بتواند در ساخت مکانیزم های مختلف جهت فرآیندهای توان بخشی بکار گرفته شود. به منظورمدل سازی عملگر نیوماتیکی،معادلات دیفرانسیلی حاکم بر بخش های مختلف عملگر آورده شده است. در این تحقیق به دلیل بالا بودن هزینه شیرهای تناسبی،شیرهای سولونوئیدی مورد استفاده قرار گرفته است. شیرهای سولونوئیدی فقط در دو حالت دبی ماکزیمم و دبی صفر عمل می کنند،بنابراین برای فرمان دادن الگوریتم pwm بکار رفته است. برای کنترل موقعیت و امپدانس مکانیکی عملگر، ابتدا یک کنترل کننده pid و سپس کنترل کننده فازی طراحی شده است. درادامه به منظور بهبود عملکرد کنترل کننده ها، الگوریتم بهینه سازی ژنتیک تک هدفه مورد استفاده قرار گرفته. برای مقایسه نتایج شبیه سازی های نرم افزاری با مدل واقعی، یک مجموعه آزمایشگاهی مناسب جهت انجام تست های مورد نیاز طراحی و ساخته شده است. سیستم های کنترلی طراحی شده بر روی سیستم آزمایشگاهی قرارگرفته و چگونگی عملکرد آن ها به منظور دنبال کردن موقعیت و امپدانس با در نظر گرفتن ورودی های مرجع استاندار مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. می توان نتیجه گرفت که سیستم در تعقیب موقعیت های مرجع با کنترل کننده فازی دارای دقت بالاتر، خطای ماندگار کمتر و فراجهش پایین تر نسبت به کنترل کننده pidمی باشد. همچنین از آنجا که کنترل کننده فازی مقاوم می باشد، سیستم حتی در صورت وجود عدم قطعیت های پارامتریک و ساختاری پایداری خود را حفظ می کند. مشاهده می گردد سیستم در تعقیب امپدانس با کنترل کننده فازی نیز دارای عملکرد بهتری است. نهایتاً با مشاهده نتایج آزمایشگاهی و مقایسه آن ها با شبیه سازی نرم افزاری می توان نتیجه گرفت کنترل کننده فازی طراحی شده از صحت عملکرد مناسب برخوردار است.