Simulação de controle em aplicação de Estímulo Elétrico Funcional

Abstract

Através 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.