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

1、離子聚合物-金屬復(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)動下，可以產(chǎn)生較大的末端輸出位移，在柔性機器人、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材料的主要缺點是有很嚴重的非線性特性。非線性特性的存在會影響材料在應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性。因此對IPMC的建模及其控制顯得至關(guān)重要。
　　本文首先通過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)動器樣片，然后分別對其進行了不同直流電壓組合下的測試，研究了其變形特征。然后通過實驗測量IPMC懸臂梁在直流電壓下的響應(yīng)，提出了針對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，實現(xiàn)了對PID控制器的參數(shù)自校正。利用Matlab/Simulink分別對模糊PID控制系統(tǒng)和常規(guī)PID

3、控制系統(tǒng)進行仿真，仿真結(jié)果表明:模糊PID控制系統(tǒng)對比常規(guī)PID控制系統(tǒng)，響應(yīng)時間領(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單片機對模糊PID控制系統(tǒng)和常規(guī)PID控制系統(tǒng)進行了IPMC末端輸出位移控制實驗，實驗結(jié)果表明:模糊PID控制系統(tǒng)對比常規(guī)PID控制系統(tǒng)，響應(yīng)時間領(lǐng)先8s，最大超調(diào)量相降低了77％，穩(wěn)態(tài)誤差降低了49％。驗證了模糊PID控制系統(tǒng)對IPMC末端輸出位移的控制效果具有一定的優(yōu)