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3D-IPMCs制备及其致动器自适应逆控制研究

苏云泉  
【摘要】:3D-IPMCsi(较厚的IPMC)是一种同时具有致动和感知性能的新型智能材料,它在较低驱动电压下可产生较大的位移且给它输入机械位移时能产生微弱电压,同时,它具有质量轻、柔性好和可以任意切割形状和大小等优点。因此对3D-IPMCs的研究在微力控制、生物医学等领域有重大的意义。 首先本文介绍了热压法制备3D-IPMCs的制备工艺,然后对制备得到的3D-IPMCs进行了致动性能测试,测试结果显示通过热压法得到的3D-IPMCs致动器的输出力和在空气中的工作时间都得到了提高,达到了预期制备的目的。 其次,对3D-IPMCs致动器进行了建模,分别建立了3D-IPMCs的线性传递函数模型和非线性磁滞与蠕变模型,并通过将磁滞蠕变模型叠加得到更为精确的3D-IPMCs致动器模型,为后期控制仿真奠定理论基础。 然后,搭建了基于MATLAB xPC半实物仿真控制系统,先后实现了目标机U盘启动盘的制作、宿主机与目标机的以太网连接、目标机与外部设备的连接、建立Simulink仿真模型、进行模型参数设置、生成实时控制模型和对目标对象的控制。该系统搭建的实现节省了由模型到实现控制的基础模块搭建时间,使科研人员有更多时间投入到控制算法的研究中。 最后,分别针对3D-IPMCs致动器设计了PID控制器和自适应逆控制器,并对它们分别作了仿真模型的搭建并得到仿真结果,然后利用C MEX S函数编写了自适应逆控制中的辨识算法、逆模型计算算法和蠕变模型计算算法,为基于xPC控制系统的3D-IPMCs致动器控制实验做了准备,分别建立PID控制器和自适应逆控制器的实时仿真模型实现了控制实验并对自适应逆控制做了补偿控制优化得到了较好的控制结果。


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