离子型金属聚合物复合材料IPMC(Ionic Polymer Metal Composites)是一种新兴的智能复合材料,其具有的电致动性受到了学者们的重点关注,即在外加电场的驱动下会产生弯曲形变,电场撤去后又能迅速恢复至初始状态。由于IPMC具有驱动电压低(1V～5V)、响应速度快、致动形变大、质量轻、柔韧性好、可根据需求剪裁任意形状、在水环境中性能更好等优点,所以目前更多的是作为致动器来使用,并在仿生学、生物医学和微机电等领域的应用前景十分广阔。但是,IPMC致动器的响应机理复杂,对材料参数的变化敏感,在空气中的寿命较短以及具有较强的非线性,尤其是对控制精度产生严重影响的磁滞特性,针对该问题,本文对于水环境中IPMC致动器的主要工作如下:(1)总结现有的IPMC致动器电极制备方法,将主化学镀和次化学镀两种方法结合制备了带有铂金属电极的IPMC致动器,然后对其进行电驱动性能测试,分析总结了 IPMC致动器磁滞非线性的特点。(2)针对IPMC致动器磁滞非线性的特点,采用了一种四阶自回归受控传递函数模型对IPMC致动器的电驱动尖端位移响应进行建模,并使用延时环节描述了可以表示磁滞现象的相位滞后。应用Matlab中的系统辨识工具箱证实了延时环节能对磁滞非线性进行有效补偿,建出的模型更加接近实际的IPMC致动器。(3)将所得到的实验数据进行时域-频域转换,使用基于频域的Sanko辨识算法分别辨识出IPMC致动器的整数阶模型和分数阶模型,然后通过频率响应曲线可以看出,基于分数阶的传递函数模型与实验数据的拟合度更高,建模效果更好,最后使用人工蜂群算法对Sanko辨识算法中的参数进行寻优,对模型进一步优化。(4)设计基于分数阶的二阶滑模控制算法,并验证其可行性。然后在Matlab中,分别使用该控制算法与常用于控制分数阶系统的分数阶PIλDμ控制算法对上文建立的分数阶传递函数模型进行控制仿真,通过对比得出所提出的控制算法在控制IPMC致动器模型时能有更好的效果,并分析了该控制算法中的结构参数对系统性能的影响。(5)搭建基于DSP的IPMC致动器控制实验平台,并对IPMC致动器进行实际控制。实验结果表明,所设计的基于分数阶的二阶滑模控制器的控制效果要优于分数阶PIλDDμ控制器,能实现更加精确的控制。