Controle da posição angular da perna de voluntários hígidos e com lesão medular utilizando estimulação elétrica funcional e técnicas de controle robusto e chaveado

Abstract

A Estimulação Elétrica Funcional tem sido utilizada para auxiliar no restabelecimento de funções motoras em paraplégicos. Neste trabalho é proposto um procedimento experimental para identificar as incertezas politópicas de um modelo dinâmico do movimento do membro inferior, produzido por estimulação elétrica aplicada no quadríceps. Foram realizadas comparações entre controle em malha aberta e dois controladores em malha fechada. O projeto dos controladores foi baseado em desigualdades matriciais lineares (LMIs). Os resultados experimentais foram obtidos para 5 voluntários hígidos e 4 voluntários paraplégicos. Devido à incerteza dos parâmetros da planta, os resultados experimentais mostraram que o sinal de controle é incerto para um ponto de operação. Pela primeira vez aplicou-se controle chaveado com incerteza e estimulação elétrica para controlar o movimento do membro inferior. O controlador chaveado u_(σ,ξ) (t)apresentou o menor valor da derivada temporal da função de Lyapunov e compensou a incerteza do sinal de controle.

Functional Electrical Stimulation has been used to aid and restore motor functions in paraplegics. In this work, we propose an experimental procedure to identify the polytopic uncertainties of a dynamic model of the lower limb movement produced by electrical stimuli applied to the quadriceps. A comparison between open-loop control and two closed-loop controllers was performed. The controller design was based on linear matrix inequalities (LMIs). Experimental results were obtained for 5 healthy volunteers and 4 paraplegic volunteers. Due to plant parameters uncertainties, the experimental results showed that the control signal is uncertain for an operating point. For the first time, a robust switched controller and electrical stimulation were applied to control the movement of the lower limb. The switched controller u_(σ,ξ) (t)presented the smallest time-derivative value of the Lyapunov function and compensated the uncertainty in the control signal.