本文關鍵詞：彎曲型導電聚合物驅動器機電系統(tǒng)建模與逆�？刂�

  更多相關文章： 彎曲型導電聚合物驅動器 傳遞函數 機電系統(tǒng)模型 逆模型控制

【摘要】：導電聚合物是一類極具潛力的新型材料,基于導電聚合物材料制備而成的驅動器具有低電壓驅動、體積變形大、生物適應性、重量輕、結構簡單、能在液體或空氣介質中工作等特性,成為了仿生微操作系統(tǒng)、智能機械系統(tǒng)、仿生機器人等領域研究重點。但由于導電聚物驅動器驅動過程中電-化學-機械耦合機理復雜,驅動器材料存在遲滯、位置漂移等非線性特征影響了驅動器系統(tǒng)精確模型及有效控制方法的建立。本文以三層彎曲型導電聚合物驅動器為研究對象,對其制備、機電建模與控制方法進行研究與實驗驗證,為該類型驅動器的實際應用提供理論基礎,其主要研究內容如下:(1)基于導電聚合物驅動響應過程中內部結構發(fā)生的逆氧化還原反應,從分子層面闡述驅動器電能-機械能的轉變,并對驅動器的驅動機理進行分析研究。(2)通過驅動器材料制備實驗分析PVDF膜離子注入與PPy電化學沉積參數對驅動器性能的影響,初步探討驅動器材料制備工藝及優(yōu)化方法。(3)基于電解質溶液中導電聚合物薄膜彈性擴散模型理論,對三層結構導電聚合物驅動器進行擴展建模,獲得其等效電路(PPy/PVDF/PPy)圖。通過其電學與機電耦合模型,分析驅動器發(fā)生彎曲時曲率與輸入電壓之間關系,并在其基礎上線性簡化得到線性高階傳遞函數表達式。(4)通過對尺寸為10mm×2mm驅動器材料進行頻率特性測試,利用頻率響應辨識法對線性高階傳遞函數進行參數辨識,分別獲得驅動器系統(tǒng)2、4、6階傳遞函數,比較辨識模型與驅動器系統(tǒng)的實際位移輸出,分析各階次傳遞函數零極點分布情況。(5)采用N=4階傳遞函數G(s)的辨識所結果,計算G-1(s),分析驅動器系統(tǒng)的非線性特征,建立具有位置漂移補償的驅動器直接逆模型控制方法,用Matlab/Simulink工具模塊搭建逆模型控制模型進行仿真,并在驅動器位移測控實驗平臺上對所提出的逆模型控制方法進行實驗驗證與分析。
【關鍵詞】：彎曲型導電聚合物驅動器 傳遞函數 機電系統(tǒng)模型 逆模型控制
【學位授予單位】：南華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ317;TH-39
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 研究背景、目的與意義10-13
• 1.2 導電聚合物驅動器國內外研究現狀13-19
• 1.3 主要研究內容19-22
• 第2章 驅動器結構與位移測控系統(tǒng)22-32
• 2.1 驅動器結構及其驅動機理22-25
• 2.2 驅動器的制備25-29
• 2.3 驅動器位移測控系統(tǒng)29-31
• 2.4 本章小節(jié)31-32
• 第3章 驅動器機電系統(tǒng)建模32-40
• 3.1 擴散彈性模型32-35
• 3.2 三層結構導電聚合物彈性擴散模型擴展35-36
• 3.3 導電聚合物驅動器機電耦合36-39
• 3.4 本章小結39-40
• 第4章 驅動器傳遞函數辨識40-50
• 4.1 系統(tǒng)頻率特性與辨識40-42
• 4.2 Levy辨識法42-44
• 4.3 頻率特性測試與參數辨識44-47
• 4.4 辨識結果驗證與分析47-49
• 4.5 本章小結49-50
• 第5章 驅動器逆模型控制50-62
• 5.1 逆模型控制原理50-51
• 5.2 驅動器逆模型的建立51-56
• 5.3 驅動器逆模型控制實驗驗證56-60
• 5.4 本章小節(jié)60-62
• 第6章 總結與展望62-64
• 6.1 本文工作總結62-63
• 6.2 展望63-64
• 參考文獻64-70
• 作者攻讀學位期間的科研成果70-71
• 致謝71

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