IPMC人工肌肉執(zhí)行器復雜非線性魯棒控制設計.pdf

1、IPMC人工肌肉執(zhí)行器是一種離子型電致動聚合物，與傳統(tǒng)執(zhí)行器相比具有質(zhì)量輕、體積小、無污染，低電壓驅(qū)動等優(yōu)點，已被廣泛用于各類仿生機器人的構建中。要在具體應用中實現(xiàn)精確動作，IPMC人工肌肉執(zhí)行器的偏移量或彎曲角度在控制應用中起著非常重要的作用，因此本文將對IPMC人工肌肉執(zhí)行器的精確位置控制進行研究。由于IPMC人工肌肉執(zhí)行器是一種具有高非線性的對象，在動態(tài)運行過程中會受到電場、化學場、及其力場等因素影響。另外，在建模中因參數(shù)辨識或運

2、行過程中參數(shù)改變引起的模型不確定性、外界擾動以及低電壓下控制輸入受限問題等，都會對控制的精度帶來影響。由于這些原因，采用常規(guī)的控制方法難以獲得理想的精確動作控制。因此，如何設計控制器使得控制系統(tǒng)在受到各種不確定性因素影響后依舊保持魯棒穩(wěn)定和精確跟蹤仍然是現(xiàn)階段推廣IPMC人工肌肉執(zhí)行器應用急需解決的問題。
　　本文以一種基于物理響應機理的IPMC人工肌肉執(zhí)行器白箱動態(tài)模型為研究對象，從控制系統(tǒng)的魯棒性、控制精度出發(fā)，提出了幾種魯棒

3、跟蹤控制系統(tǒng)。為了精確控制IPMC人工肌肉執(zhí)行器的位置，首先采用滑模變結構控制分別在不含不確定性、含有不確定性以及外部干擾下對其進行控制器的分析與設計，針對滑模變結構控制過程中產(chǎn)生的抖振行為，采用邊界層方法進行補償。其次，為了進一步提高控制精度，控制器的參數(shù)優(yōu)化選用粒子群優(yōu)化算法，使得系統(tǒng)具有更強的魯棒穩(wěn)定性和更快的響應速度。另外，針對魯棒穩(wěn)定的系統(tǒng)，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡的PI跟蹤控制方法，將神經(jīng)網(wǎng)絡應用于PI跟蹤控制器的參數(shù)整定中。最后