[发明专利]一种基于电触觉设备的人手皮肤-电极生物阻抗模型参数估计方法

权利要求书

1.一种基于电触觉设备的人手皮肤-电极生物阻抗模型参数估计方法，其特征是包括以下步骤：

(1)人手皮肤-电极生物阻抗的建模

由表皮-真皮-皮下组织电阻抗模型可得拉普拉斯变换式：

X(S)＝Y(S)V(R₁，R₂，R₃，C₁，C₂，S)

其中，X(S)、Y(S)分别表示输入电压和输出电流的拉普拉斯变换式，V(R₁，R₂，R₃，C₁，C₂，S)表示表皮-真皮-皮下组织电阻抗模型的拉普拉斯变换式，将其简记为V(S)；X(S)＝Y(S)V(S)，由拉普拉斯变换与Z变换的关系得：

X(Z)＝Y(Z)V(R₁，R₂，R₃，C₁，C₂，Z)

其中X(Z)、Y(Z)分别为X(S)、Y(S)的Z变换式，V(R₁，R₂，R₃，C₁，C₂，Z)为表皮-真皮-皮下组织电阻抗模型的Z变换式，将其简记为V(Z)；X(Z)＝Y(Z)V(Z)，将其进行逆Z变换得表皮-真皮-皮下组织的电阻抗模型：

y(n)＝-f₁y(n-1)-f₂y(n-2)+f₃x(n)+f₄x(n-1)+f₅x(n-2)

其中，f₁，f₂，f₃，f₄，f₅均为含变量R₁，R₂，R₃，C₁，C₂的不同函数，x(n)、y(n)分别表示第n次采样得到的输入电压和输出电流值；

由此表达式的阶次得最小二乘参数估计模型为：

y(k)＝-a₁y(k-1)-a₂y(k-2)+b₀x(k)+b₁x(k-1)+b₂x(k-2)+e(k)其中，e(k)为系统噪声；将此模型设为H(k)，将实际的手指皮肤-电极生物阻抗模型设为W(k)，通过参数估计算法可使预设模型H(k)逼近实际模型W(k)；阻抗参数R₁，R₂，R₃，C₁，C₂由经算法估计得到的W(k)中的系数a₁，a₂，b₀，b₁，b₂表示；

(2)增广参数估计：

(a)噪声e(k)取为有色噪声，取e(k)＝ε(k)+c1ε(k-1)+c2ε(k-2)，其中ε(k)是方差为常数的白噪声，可取为0.1；

(b)将系统模型写为：

y(k)＝-a₁y(k-1)-a₂y(k-2)+b₀x(k)+b₁x(k-1)+b₂x(k-2)+ε(k)+c₁ε(k-1)+c₂ε(k-2)

记实际参数矩阵为θ＝[a₁，a₂，b₀，b₁，b₂，c₁，c₂]^T；

记参数估值矩阵为设矩阵初值为0；

(3)基于含遗忘因子u的递推最小二乘在线参数估计：

(a)采用递推算法，不断加入新的输入输出数据x(k)和y(k)更新估计参数实现在线参数辨识；得L组数据，设传值矩阵T表示将矩阵转置，其中：

将记做初值设矩阵取初值P(0)＝CI，其中C是充分大的常数，I为7×7的单位矩阵，令得参数估值矩阵为

(b)引入遗忘因子u，使变为通过对数据施加时变加权系数提高辨识过程的参数修正能力，u值为接近1的常数，取0.95＜u＜1；K(k)变为P(k)变为仍为参数估计矩阵递推式；

(4)待参数矩阵所得数据收敛后，将得到的参数矩阵中参数代入预设模型

y(k)＝-a₁y(k-1)-a₂y(k-2)+b₀x(k)+b₁x(k-1)+b₂x(k-2)+ε(k)+c₁ε(k-1)+c₂ε(k-2)

与表皮-真皮-皮下组织的电阻抗模型数学表达式

y(n)＝-f₁y(n-1)-f₂y(n-2)+f₃x(n)+f₄x(n-1)+f₅(n-2)

比较系数得方程组，解得所求参数R₁，R₂，R₃，C₁，C₂。