[发明专利]一种离子交换聚合体金属合成物的控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于智能材料控制领域，涉及一种离子交换聚合体金属合成物的控制方法及系统。

背景技术

离子交换聚合体金属合成物(Ion-exchange polymer-metal composites简称IPMC)是一类被称为人工肌肉的电活性聚合体材料。在IPMC材料厚度上加电压时，它将会出现机械变形；相反的过程，对IPMC施加机械作用，它则输出电流。这一同时结合的传感与致动特性，使它可以构成具有自感知与自适应响应功能的智能结构。另外，IPMC还可以切割成任意大小、形状，并且轻质、柔韧性好，可以多自由度的运动操作，由于其性能类似于生物肌肉，故称为“人工肌肉”。由这种电活性聚合体构成的“肌肉”驱动器与传统驱动器电机相比，可以省去大部分机械部件如齿轮、传动杆等。并且IPMC在较低的驱动电压(3V以下)激励下，即可产生较大的位移变形响应，因此受到越来越多的关注，并在微机电系统、生物医学、仿生机构等领域具有巨大的应用前景。在具体应用之前，需要建立IPMC的数学模型，然而其工作机理复杂，目前还没有一个可以完整描述其工作特性的理论，所以我们根据其机理建立模型的方法不易实现。为了建立模型，我们利用系统辨识的方法根据输入、输出信号来得出一个实验模型。不过其缺点是如果工作条件发生改变，模型结果不能够广泛使用。这样极大地限制了辨识模型的可应用性。如果使用在线辨识的方法就能够根据不断变化地输入、输出数据，实时地得到一个动态模型结果，在工作条件发生变化时，仍能得到适用的系统模型，因此我们就利用这种方法实现对IPMC智能材料的模型辨识，来克服它这种对实验条件敏感、模型机构复杂易变的特点。目前并没有一种系统可以实现对人工肌肉(IPMC)的在线辨识与仿真。因此，设计一种针对人工肌肉(IPMC)的半实物仿真系统来解决研究过程中遇到的问题是十分必要的。

发明内容

为了克服现有技术的不足之处，本发明的目的在于缩短对人工肌肉(IPMC)的控制器的设计的周期，提供一种半实物仿真系统，并且利用这个系统，同时可以达到对人工肌肉(IPMC)模型的在线辨识和对其特性的测试等功能。这种基于数据采集卡和激光位移传感器的结构具有结构简单，成本低，试验周期短的优点。

本发明采用的技术方案是：该方法包括以下步骤：

(1)以LabVIEW等软件搭建一个虚拟的平台，产生激励信号sin(k)给控制器，设计虚拟的控制器，sin(k)表示k时刻的信号；控制器的控制参数w_i和r_i与多个Backlash模块叠加计算后输出得到实际输出信号y(k)，控制器中的Backlash模块的输入ur_i(k)＝sin(k)，Backlash模块的输出为uc_i(k)，控制器中的Backlash模块的算法如下式所示：

其中，uc_i(k)为Backlash模块的输出信号；ur_i(k)为Backlash模块的输入信号；r_i等于Backlash模块的输出信号与Backlash模块的输入信号的峰值之比；实际输出信号y(k)计算公式如下：

y‾(k)=Σi=1nw‾i(k)uci(k),i=1,2,···,n;]]>