DEAP柔性仿生驱动器的建模与控制研究

发布时间：2017-04-13 04:04

  本文关键词：DEAP柔性仿生驱动器的建模与控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：介电电活性聚合物(DEAP)是一种新型的智能材料,属于一种电子型的电活性聚合物(EAP)。DEAP在高压驱动下可以产生最大30%的应变,并且具有功能密度比大、无噪音、形变大、柔顺等优点,因此非常适合用作仿生机器人的驱动材料。但是基于DEAP材料的仿生驱动器中普遍存在着迟滞效应、蠕变性、不确定性、非线性等现象,从而使得许多控制策略不能直接应用于DEAP驱动器系统中。本文的主要内容是研究DEAP驱动器的建模与控制。DEAP驱动器建模主要包括基于Prandtl-Ishlinskii模型的迟滞建模及其参数辨识。控制策略主要从两个方面开展,第一种不需要建立DEAP驱动器的物理模型,包括基于T-S模型的广义预测控制和自抗扰控制,第二种需要DEAP驱动器的物理模型,包括自适应滑模控制。本文的研究工作主要包含以下内容:(1)针对DEAP驱动器系统的机电特性,使用T-S模糊模型对系统进行建模,在此模型的基础上给出广义预测控制,并进行了实验验证。实验结果表明这种控制策略具有很高的跟踪精度和响应速度。(2)将DEAP驱动器系统中迟滞等非线性看成系统扰动的一部分,采用线性自抗扰控制策略对系统进行控制,并进行了实验验证。实验结果表明该控制器具有很强的鲁棒性和很高的跟踪精度。(3)在系统输入采用非线性变换的基础上,使用Prandtl-Ishlinskii模型对DEAP系统进行迟滞建模,并且采用差分进化算法进行参数辨识。最后使用辨识模型的逆模型对系统进行逆补偿控制,实验结果表明跟踪精度能控制在4%以内。(4)将DEAP驱动器系统假设为Prandtl-Ishlinskii迟滞模型和一个二阶的线性系统的串联,设计了两种自适应滑模控制器。其中第一种采用离线的方法对系统进行迟滞逆补偿,并在系统输入端串联一个积分器,在此基础上设计自适应滑模控制器。这种控制策略能有效抑制滑模带来的抖振。第二种采用最小二乘法在线辨识Prandtl-Ishlinskii模型参数并在线进行逆补偿,在此基础上设计滑模控制。
【关键词】：DEAP Prandtl-Ishlinskii迟滞模型 T-S模型 广义预测控制 自抗扰控制 滑模控制
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TB381
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.3 本文的主要工作18-20
• 第2章 DEAP驱动器特性与模型20-27
• 2.1 DEAP材料的机电特性20-21
• 2.2 DEAP驱动器的制作方法21-22
• 2.3 DEAP驱动器的静态模型22-24
• 2.4 DEAP驱动器实验平台24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 基于T-S模型的广义预测控制27-37
• 3.1 T-S模型27-30
• 3.1.1 T-S模型系统27-28
• 3.1.2 T-S模型的参数辨识28-30
• 3.2 广义预测控制30-32
• 3.3 基于T-S模型的广义预测控制32-33
• 3.4 实验结果与分析33-35
• 3.5 本章小结35-37
• 第4章 自抗扰控制在DEAP驱动器系统中的应用37-43
• 4.1 自抗扰控制37-39
• 4.2 自抗扰控制器的设计39-40
• 4.3 实验结果与分析40-42
• 4.4 本章小结42-43
• 第5章 DEAP驱动器的迟滞建模及其逆补偿控制43-53
• 5.1 PRANDTL-ISHLINSKII模型43-45
• 5.2 DEAP驱动器的迟滞建模45-47
• 5.3 模型的参数辨识47-50
• 5.4 逆补偿控制50-52
• 5.5 本章小结52-53
• 第6章 滑模控制在DEAP驱动器系统中的应用53-71
• 6.1 DEAP驱动器的模型53
• 6.2 滑模控制53-55
• 6.3 自适应滑模控制器的设计55-62
• 6.3.1 逆补偿及其误差分析55-58
• 6.3.2 控制器设计58-60
• 6.3.3 仿真实验60-62
• 6.4 基于在线迟滞逆补偿的滑模控制62-69
• 6.4.1 参数估计器设计62-65
• 6.4.2 控制器设计65-66
• 6.4.3 仿真实验66-69
• 6.5 本章小结69-71
• 结论71-72
• 参考文献72-78
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单78-79
• 致谢79

【相似文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 郑金文;DEAP柔性仿生驱动器的建模与控制研究[D];北京理工大学;2016年

  本文关键词：DEAP柔性仿生驱动器的建模与控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：302737