Movement controllers of paraplegic knee joint with PI, PID and Fuzzy Takagi-Sugeno

A aplicação dos estímulos elétricos funcionais (EEF) (FES ? acrônico do inglês functional eletrical stimulation) em pacientes paraplégicos tem a função de reabilitação do tônus muscular e do movimento do membro afetado. Nos testes em laboratório com a aplicação dos estímulos, foram utilizados um eletroestimulador de oito canais e uma plataforma de teste, composta de uma cadeira ergonométrica para acomodação do participante, e uma barra de instrumentação composta por acelerômetros, giroscópios e eletrogoniômetro. A plataforma de testes é interligada ao software Matlab, sendo capaz de supervisão e aquisição dos dados. Para a implementação dos controladores, utilizou-se um Processador Digital de Sinais (DSP), permitindo embarcar o código do controlador projetado separado da aquisição de dados. Foram realizados testes em malha aberta destinados à obtenção dos parâmetros antropométricos dos participantes da pesquisa. Os controladores foram projetados para movimentar o membro inferior na extensão do joelho, a fim de permanecer em uma posição específica, no caso um ângulo de 30° entre a posição final e o repouso. Nos testes em malha fechada, foram implementados os controladores PI (Proporcional Integrativo), PID (Proporcional Integrativo e Derivativo), fuzzy Takagi-Sugeno projetado com base nas desigualdades matriciais lineares (Linear Matrix Inequalities, LMI) e espaço de estados e o controlador fuzzy adaptativo indireto por rastreamento. O controlador fuzzy foi implementado pela primeira vez em pacientes paraplégicos. Os testes realizaram-se mediante aprovação do comitê de ética em pesquisas com seres humanos da Universidade Estadual de Londrina, na plataforma Brasil. Os resultados demonstraram a eficiência do controlador fuzzy TakagiSugeno com LMI em face aos outros implementados, tendo menor tempo de estabilização e menor erro em regime permanente. O controlador adaptativo indireto deixa o sistema imune a perturbações e/ou alterações que possam ocorrer na planta. Seus resultados preliminares comprovaram a eficiência do método.The application of functional eletrical stimulation (FES) for paraplegic patients has the function of muscle tone rehabilitation and restoration of the limb movement. At the laboratory, tests with the stimulus application used an eight-channel stimulation and a test platform. The test platform consists of a ergonomic chair for participant?s accommodation and instrumentation bar, consisting of accelerometers, gyroscopes and electrogoniometer. The test platform is connected to the Matlab software for supervision and data acquisition. A digital signal processor (DSP) was used to implement the controllers, allowing to board the designed controller code. Open loop tests were performed to obtain the anthropometric parameters of research participants. The project controllers are designed to move the leg in the knee extension, in order to remain at a specific position, at this case, an angle of 30 degrees between the end position and the rest. At closed loop tests using the PI controllers (Proportional Integrative), PID controllers (Proportional Integrative and Derivative), TakagiSugeno fuzzy controllers (designed based on linear matrix inequalities (LMI) and states space) and indirect adaptative fuzzy trancking control. The fuzzy controller was first implemented in paraplegic patients. The tests were conducted with the approval of the ethics committee in research with human beings of the State University of Londrina in Brazil platform. The results showed the efficiency of Takagi-Sugeno fuzzy controller with LMI in the face of other implemented, taking shorter stabilization and lower steady-state error. Indirect adaptive controller primes the immune system to disturbances and changes that may occur in the plant. Their preliminary results showed the efficiency of the method