deap柔性仿生驱动器的建模与控制研究

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1、DEAP柔性仿生驱动器的建模与控制研究郑金文2016年1月中图分类号：TP13UDC分类号：621.3DEAP柔性仿生驱动器的建模与控制研究作者姓名郑金文学院名称自动化学院指导教师王庆林教授答辩委员会主席戴亚平教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月ResearchonModelingandControlforDEAPFlexibleBionicActuatorCandidateName：JinwenZhengSchoolorDepartment:SchoolofAutomationFac

2、ultyMentor:Prof.QinglinWangChair,ThesisCommittee：Prof.YapingDaiDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ControlScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其

3、他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文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

4、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

5、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，

6、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I北京理工大学硕士学位论文AbstractThedielectricelectroactivepolymer(DEAP)isanoveltypeof

7、smartmaterials,whichbelongstoelectronictypeofelectroactivepolymer（EAP）.ThestrainlimitationofDEAPis30%underthehighvoltage.ThemeritsofDEAParehighenergydensity,noiselessness,largedeformation,flexibilityandsoon,soitisextremelysuitablefortheactuatormaterialofbionicrobots.Howeve

8、r,severalchanllenges,suchashysteresiseffect,creep,uncertainty,nonlinearity,widelyariseinb