非线性黏弹性组织的系统辨识与二自由度控制

目的：本文提出一种用于等长收缩肌肉组织中短暂等张保持的力控制方案，以最小超调量和调节时间测量其缩短速度——这是肌肉功能的关键参数。方法：探讨由反馈控制器和前馈控制器构成的二自由度控制结构。反馈控制器为比例-积分控制器，前馈控制器利用面向控制的肌肉组织模型之逆设计。采用输入-输出数据与系统辨识技术，探讨肌肉组织的广义线性模型与非线性模型。该力控制方案在马气道平滑肌上测试，并以小鼠趾短屈肌验证其鲁棒性。结果：通过一系列实验评估了力控制方案的性能与可重复性，以及所需用户输入数量与监督程度。该力控制方案在大多数情况下能够实现所述控制目标，包括调节时间与超调量的要求。结论：所提控制方案可实现肌肉力学表征的力控制自动化，且所需用户输入极少。意义：本文在系统辨识背景下利用基于非线性生理模型的逆前馈控制器，优于经典线性系统辨识。该控制方案可作为非线性黏弹性材料通用控制的垫脚石。