Настройка системы регулирования биотехнической системы на примере лучезапястного сустава с использованием генетического алгоритма

Рассматривается система регулирования биотехнической системы на примере лучезапястного сустава. Приводится математическая модель системы регулирования, включающая в себя обратные связи и ПИ-регуляторы по ошибкам углов и угловых скоростей движения лучезапястного сустава в плоскостях приведения – отведения и растяжения – сжатия. Предлагаемая математическая модель также включает блок динамики мышц, и блок перекрестных связей, обусловленных неортогональностью движения в плоскостях приведения – отведения и растяжения – сжатия, что связано с неортогональностью линий действия сил в лучезапястном суставе. Помимо этого, учитываются также возможные запаздывания, которые могут быть связаны с нейрофизиологической обработкой информации, принятия решений и проведения управляющих сигналов. Настройка ПИ-регуляторов осуществляется с использованием генетического алгоритма в рамках оптимизационной задачи. Критерий минимизации строится на основе желаемых показателей качества переходных процессов, таких как время переходного процесса, установившаяся ошибка и величина перерегулирования. Минимизация установившейся ошибки является обязательным критерием, а остальные – опциональные, что обусловлено возможными различными целевыми задачами управления. Проводятся вычислительные эксперименты, в которых настройка ПИ-регуляторов для рассматриваемой системы реализуется для различных конфигураций, соответствующих различным критериям оптимизационной задачи. Результаты проведенных вычислительных экспериментов показывают принципиальную применимость рассмотренного подхода по настройке системы регулирования биотехнической системы с применением оптимизационных процедур при использовании генетического алгоритма в качестве численной оптимизации.