Simulação de controle em aplicação de estímulo elétrico funcional

dc.contributor.advisorAguiar, Paulo Marcos de
dc.contributor.authorGarcia, Douglas Canone
dc.date.accessioned2017-10-11T17:44:16Z
dc.date.available2017-10-11T17:44:16Z
dc.date.issued11/03/2014
dc.description.abstractAtravés do uso do Musculoskeletal Modeling Software (MSMS) em conjunto com Matlab – Simulink, desenvolveu-se uma ferramenta denominada Modelo de Controle e Simulação Musculoesquelética (MCSM), que permite simular um gerador de estímulo elétrico em conjunto com um controlador PID, atuando sobre um modelo musculoesquelético simulado por computador. Sendo assim, é possível simular a resposta muscular a um estímulo elétrico, contribuindo para reduzir o uso de seres humanos em etapas preliminares do desenvolvimento de órteses de estímulo elétrico funcional (FES), como exemplo de aplicação, simula-se uma órtese FES que atua sobre os músculos do bíceps e do tríceps para alcançar o posicionamento angular do braço em relação ao antebraço de uma pessoa. São explorados conceitos importantes sobre ativação muscular provocada por impulso elétrico, suas aplicações e limitações, permitindo compreender detalhes do desenvolvimento do MCSM através da aplicação proposta, onde o braço simulado é posicionado em vários ângulos diferentes simulando uma movimentação que garanta certo grau de independência a pacientes que sofram de limitações motoras, valorizando a movimentação mais que sua execução harmoniosa. Para alcançar esse resultado, os ganhos do controlador PID foram obtidos através do métodos experimental proposto por Ziegler–Nichols fazendo uso de dois critérios de cálculos, permitindo determinar a melhor abordagem para sintonia dos ganhos PID resultando em um comportamento mais realista para o MCSM. A partir dos testes realizados para ângulos de posicionamento predefinidos, gerou-se curvas de tendência para os ganhos PID, onde supõe-se que a variação de ganhos entre pontos conhecidos possa ser representada através de uma reta, o que permite calcular o valor dos ganhos em posições angulares intermediárias, através da simples interpolação dos pontos conhecidos. Essa tratativa contribui para o desenvolvimento de um controlador de sintonia automática dos ganhos PID, em ângulos intermediários partindo de ângulos predefinidos. Verificou-se que um critério de cálculo não convencional dos ganhos PID para o método de Ziegler–Nichols permite uma movimentação mais coerente com o conceito de funcionalidade esperado para uma órtese FES, gerando contribuição significativa para o desenvolvimento de dispositivos biomecânicos, que permitam maior independência motora, a pacientes com restrição de movimento e boa integridade muscular.pt_BR
dc.description.abstract2Through the use of Musculoskeletal Modelling Software (MSMS) together with Matlab - Simulink, a tool called Control Model and Musculoskeletal Simulation (CMMS) has been developed, which allows the simulation of an electrical stimulation generator in conjunction with a PID controller, acting on the musculoskeletal model simulated by computer. Thus, it is possible to simulate the muscle response to an electrical stimulus, helping to reduce the use of human beings in the preliminary stages of the development of Functional Electrical Stimulation (FES) orthoses. As an example of application, an FES orthosis is simulated which acts on the muscles of the biceps and triceps to achieve the angular position of the arm relative to the forearm of a person. Important concepts about muscle activation caused by electrical impulse, its applications and limitations are explored, allowing us to understand details of the development of MCSM through the proposed application, where the simulated arm is positioned at different angles simulating a movement which ensures a certain degree of independence to patients suffering from motor impairments, valuing the movement more than their smooth implementation. To achieve this result, the gains of the PID controller were obtained through the experimental methods proposed by Ziegler-Nichols making use of two criteria of calculations, to determine the best approach for the tuning of PID gains resulting in a more realistic behaviour for the MCSM. From the tests performed to preset positioning angles, trend curves were generated for PID gains, where it is assumed that the variation in gains between known points can be represented by a straight line, which allows us to calculate the value of gains at intermediate angular positions by simple interpolation of the known points. These dealings contribute to the development of a controller for automatic tuning of the PID gains at intermediate angles starting from predefined angles. It was found that a non-conventional calculation criterion of PID gains for the method of Ziegler-Nichols allows a more coherent movement with the concept of functionality expected for an FES orthosis, generating a significant contribution for developing biomechanical devices, which allow greater motor independence to patients with impaired movement and good muscle integrity.
dc.identifier.bibliographicCitationGARCIA, Douglas Canone. Simulação de controle em aplicação de estímulo elétrico funcional. Orientador: Prof. Dr. Paulo Marcos de Aguiar . 2014. 85 f. : il. Dissertação (Mestrado Profissional em Automação e Controle de Processos) - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo, IFSP, 2014. Versão eletrônica.
dc.identifier.urihttp://repo.ifsp.edu.br/123456789/85
dc.identifier2.lattes0553358561306978
dc.publisherIFSP
dc.publisher.campiSÃO PAULO
dc.publisher.programMestrado Profissional em Automação e Controle de Processos
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subject.keywordssimulação computacional
dc.subject.keywordsestímulo elétrico funcional FES
dc.subject.keywordscontrole
dc.subject.keywordsbiomecânica
dc.subject.keywordsmúsculo esquelético
dc.titleSimulação de controle em aplicação de estímulo elétrico funcionalpt_BR
dc.title.alternativeControl simulation in application of functional electrical stimulus
dc.typeTeses e Dissertações
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