實驗名稱：介電高彈聚合物疊層彎曲驅(qū)動器的建模與控制

實驗?zāi)康模和ㄟ^Hamilton原理與假設(shè)模態(tài)法建立彎曲驅(qū)動器大變形過程的動力學(xué)模型，并基于該動力學(xué)模型發(fā)展了相應(yīng)的自適應(yīng)控制方法，補償驅(qū)動過程中的不確定性與非線性。實驗結(jié)果證明了在動態(tài)彎曲過程中相關(guān)控制策略的性能。

測試設(shè)備：高壓放大器、激光位移傳感器，控制板卡設(shè)備等。

實驗過程：

圖1：疊層彎曲驅(qū)動器實驗設(shè)置示意圖

實驗設(shè)置如圖1所示。一個完整的控制流程如下：激光位移傳感器測量當(dāng)前彎曲驅(qū)動器的垂直位移，并將實時數(shù)據(jù)發(fā)送給控制板?？刂瓢鍖ξ灰?a target="_blank">信號進(jìn)行采樣，并利用插值計算對采樣信號進(jìn)行處理，消除驅(qū)動器水平位移的影響。速度信號則通過對相鄰位移測量值進(jìn)行差分運算得到，加速度信號同理。控制板根據(jù)反饋信號計算出控制量后，將模擬控制信號發(fā)送至高壓放大器。高壓放大器將接收到的控制信號放大，變成輸出在驅(qū)動器上的電壓。此外，一臺通用計算機作為上位機與控制板進(jìn)行通信，用于控制參數(shù)調(diào)整與數(shù)據(jù)記錄。該系統(tǒng)的控制頻率設(shè)置為1kHz。

圖2：參數(shù)識別實驗結(jié)果，正弦激勵下的位移-時間曲線

控制率式中有部分動力學(xué)參數(shù)需要進(jìn)行參數(shù)辨識。參數(shù)辨識的初始值可以通過公式得到，然后進(jìn)一步在Simulink軟件中用仿真結(jié)果擬合實驗數(shù)據(jù)以調(diào)節(jié)參數(shù)。最終得到的辨識結(jié)果。圖2是輸入電壓信號為峰-峰值700v、頻率1hz的偏置正弦波的參數(shù)識別結(jié)果，可以看出模擬結(jié)果(黑色曲線)與實驗結(jié)果(紅色曲線)吻合較好。最終標(biāo)定出來的參數(shù)估計值會在實際控制過程中通過自適應(yīng)律動態(tài)改變。

接下來，驗證提出的控制器的性能。為了證明自適應(yīng)律的有效性，下面的實驗對比無參數(shù)自適應(yīng)的控制器（C1）和有參數(shù)自適應(yīng)的控制器（C2）的表現(xiàn)。

圖3，4，5分別為跟蹤正弦參考軌跡的頻率為1Hz、1.5Hz和2Hz時，兩個控制器的控制實驗結(jié)果。可以看到，在1Hz情況下兩個控制器產(chǎn)生的位移可以很好地跟蹤參考軌跡，但C2的跟蹤精度高于C1。而隨著參考軌跡頻率的增加，C2和C1之間的性能差距變得更大。即便C1的反饋增益

審核編輯 黃宇