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基于IPMC迟滞蠕变特性的自适应逆控制研究

作　者: 李智
导　师: 郝丽娜
学　校: 东北大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: IPMC 迟滞特性蠕变特性自适应逆控制 DSP控制系统
分类号: TP273.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

IPMC(Ion-exchange polymer metal composite,离子交换膜金属复合材料)是一类新型的人工智能材料,它具有质轻、柔韧性好,可切割成任意大小和形状,施加较低的电压可产生较大的位移,更重要的是它的质地与人类的肌肉相似,故又称人工肌肉。因此,对IPMC特性的研究在微机电控制、生物医学等领域具有重大的意义。本文首先介绍了三种常见的迟滞模型：Preisach模型、KP模型、PI模型,分析比较了各自的特点,选择PI模型对IPMC的迟滞特性进行在线辨识。分析了IPMC蠕变产生的原因,介绍了两种常见的蠕变模型,根据其特点选择了适合IPMC的蠕变模型,并利用MATLAB进行仿真。最后,将迟滞模型PI模型与线性蠕变模型相迭加建立IPMC的迟滞蠕变特性的混合模型。其次,利用在线辨识和离散辨识的方法分别辨识了IPMC的迟滞模型和蠕变模型。利用在线的LMS自适应滤波算法辨识PI模型的权值参数；利用加权最小二乘参数估计递推算法辨识线性蠕变模型并得到相应参数。并且验证了PI模型与线性蠕变算子叠加可以较好的逼近IPMC迟滞蠕变特性曲线。然后,应用自适应逆控制的方法对IPMC的迟滞蠕变特性进行逆补偿。建立了两种基于IPMC的自适应逆控制的结构,对于第一种结构,证明逆控制器的存在性和输入输出稳定性,推导出逆控制器的解析解,并用MATLAB的m文件对其控制过程进行了仿真得到了较好的仿真结果；对第一种结构进行改进,得到另外一种自适应逆控制结构,该结构的优点是提高了运算速度,但是以牺牲控制精度为代价,最后利用MATLAB/SIMULINK仿真了第二种自适应逆控制结构,得到了较好的仿真结果。最后,利用DSP开发板SEED-DEC2812建立了基于IPMC的迟滞蠕变自适应逆控制的控制系统,并得到了实验结果并作出分析。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 引言  11-13
  1.2 IPMC国内外研究现状  13-15
    1.2.1 IPMC结构及特性  13-14
    1.2.2 IPMC迟滞特性研究  14-15
    1.2.3 IPMC蠕变特性研究  15
  1.3 本文的组织结构  15-17
第2章基于IPMC迟滞蠕变特性的混合建模  17-33
  2.1 迟滞模型  17-25
    2.1.1 Preisach模型  17-22
      2.1.1.1 连续的Preisach模型  17-19
      2.1.1.2 离散的Preisach模型  19-20
      2.1.1.3 Preisach模型的特性  20-22
    2.1.2 KP模型  22-23
    2.1.3 PI模型  23-25
  2.2 IPMC迟滞特性建模  25-26
  2.3 蠕变模型  26-30
    2.3.1 IPMC蠕变特性产生原因  26-27
    2.3.2 基于IPMC的蠕变模型  27-30
  2.4 迟滞蠕变特性混合模型  30-31
  2.5 本章小结  31-33
第3章迟滞模型和蠕变模型的辨识  33-41
  3.1 迟滞模型的在线辨识  33-36
    3.1.1 LMS在线辨识算法  33-35
    3.1.2 LMS算法的仿真  35-36
  3.2 蠕变模型的离线辨识  36-39
    3.2.1 加权最小二乘参数估计递推算法  36-37
    3.2.2 基于MATLAB的IPMC蠕变特性离线辨识仿真  37-39
  3.3 基于MATLAB的IPMC迟滞蠕变混合模型的仿真  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章基于IPMC的自适应逆控制  41-61
  4.1 预备知识  41-42
    4.1.1 映射  41
    4.1.2 不动点定理  41
    4.1.3 范数和Lipschitz条件  41-42
  4.2 自适应逆控制介绍  42-43
  4.3 模型可逆性以及输入输出稳定性证明  43-46
  4.4 迟滞蠕变混合模型的逆模型求解  46-51
  4.5 基于IPMC的迟滞蠕变自适应逆控制策略  51
  4.6 MATLAB仿真  51-55
  4.7 基于IPMC迟滞蠕变自适应逆控制的第二种结构  55-58
    4.7.1 蠕变模型的逆模型  56-57
    4.7.2 MATLAB/SIMULINK仿真  57-58
  4.8 本章小结  58-61
第5章基于DSP的IPMC迟滞蠕变自适应逆控制系统的实现  61-73
  5.1 系统硬件设计  61-66
    5.1.1 系统硬件结构概述  61-62
    5.1.2 SEED-DEC2812开发板  62-63
    5.1.3 A/D转换和D/A转换  63-65
    5.1.4 比例运算电路设计  65-66
    5.1.5 激光位移传感器  66
  5.2 系统软件设计  66-70
    5.2.1 系统软件设计概述  66-67
    5.2.2 DSP内A/D转换模块的设置  67-68
    5.2.3 数字滤波  68-69
    5.2.4 LMS在线辨识算法及逆控制器参数计算  69-70
  5.3 实验研究  70-72
  5.4 本章小结  72-73
第6章结论与展望  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
攻读硕士学位期间发表的论文  81-83
个人简介  83

基于IPMC迟滞蠕变特性的自适应逆控制研究

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