基于离子聚合物-金属复合材料的阵列式驱动器控制系统研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanghai19881016
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离子聚合物-金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composite,IPMC)是一种极具应用潜力的柔性智能材料,这种材料在低于10V的电压驱动下,可以产生较大的末端输出位移,在柔性机器人、航天航空、生物医疗等诸多领域都展现了丰富的应用前景。IPMC材料的主要缺点是有很严重的非线性特性。非线性特性的存在会影响材料在应用过程中的稳定性。因此对IPMC的建模及其控制显得至关重要。  本文首先通过手工刻蚀法分别制备了两片和三片电极结构IPMC阵列式驱动器样片,然后分别对其进行了不同直流电压组合下的测试,研究了其变形特征。然后通过实验测量IPMC悬臂梁在直流电压下的响应,提出了针对IPMC松弛效应的控制策略,即模糊PID控制IPMC弯曲变形。以IPMC位移的误差及误差变化率作为模糊PID控制器的输入,PID控制器的参数增量作为模糊PID控制器的输出,实现了对PID控制器的参数自校正。利用Matlab/Simulink分别对模糊PID控制系统和常规PID控制系统进行仿真,仿真结果表明:模糊PID控制系统对比常规PID控制系统,响应时间领先1.3s,最大超调量相降低了74.5%,稳态误差降低了65.6%。并采用STC51单片机对模糊PID控制系统和常规PID控制系统进行了IPMC末端输出位移控制实验,实验结果表明:模糊PID控制系统对比常规PID控制系统,响应时间领先8s,最大超调量相降低了77%,稳态误差降低了49%。验证了模糊PID控制系统对IPMC末端输出位移的控制效果具有一定的优势。最后尝试IPMC自传感的方法对IPMC阵列式驱动器进行弯曲控制,即通过建立IPMC末端输出电压和IPMC弯曲曲率之间的关系,利用单片机采集IPMC自身末端输出电压作为反馈信号实现对IPMC阵列式驱动器的弯曲曲率控制,验证了该方法的可行性。
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