随着人口老龄化加剧,脑卒中的发病率逐渐升高,脑卒中是导致患者偏瘫,失去运动能力的主要疾病之一。医学表明,合理的康复训练可使患者再次获得运动能力。下肢外骨骼是辅助患者康复训练的一种特殊机器人,基于模型的控制是提高外骨骼控制性能的有效方法,但由于下肢外骨骼存在建模不精确和未知干扰,给外骨骼轨迹的精确控制带来很大影响。本文以下肢外骨骼为研究对象,以提高轨迹跟踪性能为目标,针对在建模误差和外部干扰情况下提高轨迹跟踪性能,开展以下研究工作:(1)设计一款下肢外骨骼,包括机械结构、液压系统、数据采集与控制系统。应用ABAQUS对腿部连杆进行应力应变分析,在保证强度的前提下提高结构刚度。以功率匹配为原则设计外骨骼的液压系统。以易于实现编程为目的确定基于快速控制原型技术的控制方案。(2)根据几何关系和拉格朗日法建立下肢外骨骼的运动学与动力学模型,解算液压缸位移和关节转角的传递关系,推导阀控非对称缸的固有频率,进而建立阀控非对称缸液压动力元件的数学模型,并结合机构动力学模型建立下肢外骨骼的整体动力学模型,应用MATLAB/Simulink软件进行仿真验证。(3)综合考虑下肢外骨骼的模型不确定性和外部干扰,采用递推最小二乘法辨识外骨骼的参数模型,进而设计一种改进型的滑模控制器并分析其稳定性。研究外骨骼系统的可观测性,并设计一种扩张观测器,分析观测器的干扰抑制机理及其鲁棒稳定性。(4)对提出的控制方法进行实验验证研究,首先基于PI控制器验证负载干扰对轨迹跟踪性能的影响,进而对比验证滑模控制器的干扰抑制性能。采用扫频技术得到名义模型误差,并以此确定观测器的滤波频宽。基于PI控制器验证观测器的干扰抑制效果,最后验证观测器对滑模控制器输出抖振的降低。