基于離子聚合物--金屬?gòu)?fù)合材料的陣列式驅(qū)動(dòng)器控制系統(tǒng)研究.pdf

1、離子聚合物-金屬?gòu)?fù)合材料(Ionic Polymer Metal Composite，IPMC)是一種極具應(yīng)用潛力的柔性智能材料，這種材料在低于10V的電壓驅(qū)動(dòng)下，可以產(chǎn)生較大的末端輸出位移，在柔性機(jī)器人、航天航空、生物醫(yī)療等諸多領(lǐng)域都展現(xiàn)了豐富的應(yīng)用前景。IPMC材料的主要缺點(diǎn)是有很?chē)?yán)重的非線性特性。非線性特性的存在會(huì)影響材料在應(yīng)用過(guò)程中的穩(wěn)定性。因此對(duì)IPMC的建模及其控制顯得至關(guān)重要。
　　本文首先通過(guò)手工刻蝕法分別制備了兩

2、片和三片電極結(jié)構(gòu)IPMC陣列式驅(qū)動(dòng)器樣片，然后分別對(duì)其進(jìn)行了不同直流電壓組合下的測(cè)試，研究了其變形特征。然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量IPMC懸臂梁在直流電壓下的響應(yīng)，提出了針對(duì)IPMC松弛效應(yīng)的控制策略，即模糊PID控制IPMC彎曲變形。以IPMC位移的誤差及誤差變化率作為模糊PID控制器的輸入，PID控制器的參數(shù)增量作為模糊PID控制器的輸出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PID控制器的參數(shù)自校正。利用Matlab/Simulink分別對(duì)模糊PID控制系統(tǒng)和常規(guī)PID

3、控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明:模糊PID控制系統(tǒng)對(duì)比常規(guī)PID控制系統(tǒng)，響應(yīng)時(shí)間領(lǐng)先1.3s，最大超調(diào)量相降低了74.5％，穩(wěn)態(tài)誤差降低了65.6％。并采用STC51單片機(jī)對(duì)模糊PID控制系統(tǒng)和常規(guī)PID控制系統(tǒng)進(jìn)行了IPMC末端輸出位移控制實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:模糊PID控制系統(tǒng)對(duì)比常規(guī)PID控制系統(tǒng)，響應(yīng)時(shí)間領(lǐng)先8s，最大超調(diào)量相降低了77％，穩(wěn)態(tài)誤差降低了49％。驗(yàn)證了模糊PID控制系統(tǒng)對(duì)IPMC末端輸出位移的控制效果具有一定的優(yōu)