OTIMIZAÇÃO DE PARÂMETROS DE UM CONTROLADOR PID REFERENTE A UM NOVO MODELO DE CONTROLE POSTURAL HUMANO ADRIANO A. PEREIRA, EDUARDO NAVES, ADRIANO DE OLIVEIRA ANDRADE, GUILHERME CAVALHEIRO, LUCAS A. A. ROCHA, NAYARA N. MORAES Laboratório de Engenharia Biomédica, Faculdade de Engenharia Elétrica, Universidade Federal de Uberlândia Av. João Naves de Avila, 2121. Uberlândia, MG, Brasil. CEP 38400-902 E-mail: a.alves.pereira@uol.com.br, eduardonaves@yahoo.com.br, aoandrade@yahoo.com.br, glcavalheiro@yahoo.com.br, lucasaarocha@hotmail.com, nayaranascimento@gmail.com Abstract Each year, between 30% and 50% of the population aged 65 years or older suffers falls, which can result in serious lesions and even death. Thus, there is a great effort of the worldwide scientific community to find new ways to detect the status of the Postural Control System by quantifying the several factors responsible for maintaining the balance. For this purpose, Naves proposed a physical-mathematical model dedicated to study the control of human upright posture. In order to verify the compatibility of the response of this model with the range of real physiological values, this paper proposes an parameter optimi- zation for the control system, more precisely constants of PID controller. Trying to evaluate the compatibility of simulated sig- nals with the range of real physiological values (determined by data gathering), fourteen characters suggested in the literature, re- lated to the quantification of these signals, are calculated. From the results of these calculations, there was a compatibility of val- ues found for the characteristics of the simulated signals and real signals, which certifies the consistency of the proposed model with fundamental properties of the somatosensory system observed empirically. Keywords Biomechanics, posture, balance, optimization, PID controller Resumo Anualmente, entre 30% e 50% da população com 65 anos ou mais sofre quedas, as quais podem resultar em lesões sérias e até mesmo a morte. Assim, nota-se um grande esforço da comunidade cientifica mundial em descobrir novos meios que permitam detectar o estado do Sistema de Controle Postural por meio da quantificação dos diversos fatores responsáveis pela manutenção do equilíbrio. Com esse propósito, Naves propôs um modelo físico-matemático dedicado ao estudo do controle da postura ereta humana (Naves, 2006). No sentido de verificar a compatibilidade da resposta desse modelo com as faixas de valo- res fisiológicos reais, esse artigo propõe uma otimização de parâmetros referentes ao sistema de controle utilizado, mais precisa- mente as constantes do controlador PID. Tentando avaliar essa compatibilidade dos sinais simulados com as faixas de valores fi- siológicas reais (determinadas através de coleta realizada), quatorze características sugeridas na literatura, relacionadas à quanti- ficação desses sinais, são calculadas. A partir dos resultados obtidos desses cálculos, verificou-se uma compatibilidade dos valo- res encontrados para as características dos sinais simulados e sinais reais, o que certifica a coerência do modelo proposto com propriedades fundamentais do sistema somatosensorial observadas empiricamente. Palavras-chave Biomecânica, postura, equilíbrio, otimização, controlador PID 1 Introdução Devido ao fato do ser humano possuir dois ter- ços de sua massa corporal localizados a dois terços de sua altura, este se torna um sistema inerentemente instável, e exige a presença de um sistema de contro- le que atue continuamente na manutenção do seu equilíbrio (Winter, 1995). Felizmente, a espécie hu- mana é dotada de um sistema neuromuscular extre- mamente hábil para realizar com precisão essa tarefa fundamental. Porém, a diminuição dessa habilidade, seja pela idade avançada e/ou pelo acometimento de diversas patologias, é uma realidade que tem forçado muitos pesquisadores a entender mais sobre como esse sistema trabalha e como quantificá-lo. Nesse sentido, e com a convicção de que a modela- gem computacional pode contribuir para esclarecer como o sistema nervoso e os músculos se interagem para produzir o movimento coordenado das diversas partes do corpo, em (Naves, 2006) é proposto um novo modelo físico-matemático dedicado ao estudo do controle da postura ereta humana. Dessa forma, o presente trabalho tem por objetivo verificar a compatibilidade da resposta desse sistema de controle postural (SCP), proposto por Naves, com as faixas fisiológicas apresentadas na coleta de dados realizada no laboratório de Engenharia Biomédica da Faculdade de Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Uberlândia. 2 Modelo de Sistema de Controle de Postural O modelo global consiste num pêndulo simples in- vertido, sustentado por um par de atuadores músculo- reflexo como proposto no modelo de Winters (1995), acionados por um controlador proporcional-integral- derivativo (PID). A dinâmica do corpo é representada pelo pêndulo (os pés fixos no solo e o resto do corpo comporta-se co- mo um segmento rígido articulado por uma junta tipo dobradiça), e a sua oscilação em torno da postura ereta de referência é reproduzida pela inserção de um torque de distúrbio apropriado (Td). Assim, a partir do valor do ângulo de inclinação do corpo em relação à vertical (θ), as posições do centro de gravidade (y) e do centro de pressão (u), passíveis de medição ex- terna associadas à tarefa motora em questão, são en- tão calculadas. 1694 XVIII Congresso Brasileiro de Automática / 12 a 16-setembro-2010, Bonito-MS