高壓放大器在介電高彈聚合物驅動器和軟體機器人中的應用
實驗名稱:介電高彈聚合物疊層彎曲驅動器的制備與自適應控制實驗
研究方向:機器人在社會生産中有著廣泛應用。由硬質材料構造的機器人具有動力足、精度高等優點,但在複雜場景作業、醫療康複輔助等應用場景中其環境適應性與人體親和性方面仍面臨挑戰。軟體機器人的出現爲應對此類挑戰提供了新的思路。軟體機器人系統主要由可承受較大變形的軟材料組成,具有柔順度好、抗沖擊能力強等優點。不同于由電機-傳動系統等硬質結構驅動的機器人,軟體機器人由類似“人工肌肉”的功能軟材料及結構提供動力,可在外界激勵下産生變形並實現系統功能。作爲一類典型的電響應功能軟材料,介電高彈聚合物(Dielectricelastomer,DE)具有驅動應變大、響應快速、能量密度高等優點,有望爲高性能軟體機器人系統的研制及其在航空航天、深海探索、醫療康複等領域的應用提供支撐。
實驗目的:從介電高彈聚合物的力電耦合變形機理分析出發,構造出具備高效柔順變形及穩定控制能力的軟體驅動結構,在軟體驅動結構建模方面、軟體驅動器構造與控制方面、複雜疊層結構驅動器的成型與應用方面;三方面綜合研究實現其機器人系統在複雜任務環境中的可靠操縱,並利用工藝設計制造響應的軟體驅動器件進行實驗。
測試設備:控制板卡設備、高壓放大器、激光位移傳感器等。
實驗過程:实验设置如图所示。一个完整的控制流程如下:激光位移传感器测量当前弯曲驅動器的垂直位移,并将实时数据发送给控制板。控制板对位移信号进行采样并利用插值计算对采样信号进行处理,消除驅動器水平位移的影响。速度信号则通过对相邻位移测量值进行差分运算得到,加速度信号同理。控制板根据反馈信号计算出控制量后,将模拟控制信号发送至高壓放大器。高壓放大器将接收到的控制信号放大,变成输出在驅動器上的电压。此外,一台通用计算机作为上位机与控制板进行通信,用于控制参数调整与数据记录。该系统的控制频率设置为1kHz。


實驗結果:控制率式中有部分動力學參數需要進行參數辨識。參數辨識的初始值可以得到,然後進一步在Simulink軟件中用仿真結果擬合實驗數據以調節參數。最終得到的辨識結果。圖3.9是輸入電壓信號爲峰-峰值700v頻率1Hz的偏置正弦波的參數識別結果,可以看出模擬結果(黑色曲線)與實驗結果(紅色曲線)吻合較好。最終標定出來的參數估計值爲:M=0.004,M=0.018,a=[3.571,0.018,17.57,57.46,-1.364],注意這些數值會在實際控制過程中通過自適應律動態改變

在驗證本節所提出控制器的性能之前,不妨先看使用傳統PID控制的效果是怎樣的。圖3.10爲PID控制器的位移跟蹤實驗結果。跟蹤參考軌迹是一個振幅爲0.04,頻率爲1Hz的正弦位移。零時刻時的跟蹤誤差較大,表明需要增加PD控40制器的比例系數。然而,比例系數的增加激發了高頻模態,反而引起了發散。這一結果表明,沒有模型信息的控制器不能處理這種非線性系統。

爲了證明自適應律的有效性,下面的實驗對比無參數自適應的控制器(C1)和有參數自適應的控制器(C2)的表現。經實驗測試,對于C1控制器,控制參數[入,k]設定爲[5,2.2],對于C2控制器則設爲[5,1.7]。爲避免自適應發散,設置參數變化的邊界爲d∈(0.5xd標定值,2xd標定值],其中d=M0,M1,à。
圖5-7分別爲跟蹤正弦參考軌迹的頻率爲1Hz、15Hz和2Hz時,兩個控制器的控制實驗結果。可以看到,在1Hz情況下兩個控制器産生的位移可以很好地跟蹤參考軌迹,但C2的跟蹤精度高于C1。而隨著參考軌迹頻率的增加,C2和C之間的性能差距變得更大。即便C1的反饋增益k比C2更大,但在誤差、超調以及相位滯後方面,C2仍優于C1。
圖8爲跟蹤一個連續階躍軌迹的控制實驗結果。在階躍發生時,C1和C2有著類似的響應速度,因爲其控制帶寬入相同。從誤差曲線中看,C2收益于參數自適應,反饋增益k設定得較小,因而振蕩更平緩
綜合來看,兩個控制器都表現出了不錯的控制效果,驗證了基于動力學模型的控制的有效性與魯棒性,而參數自適應進一步改善了控制性能。




?高壓放大器推荐:ATA-7050
圖:ATA-7050高壓放大器指標參數
本资料由Aigtek安泰电子整理发布,更多案例及产品详情请持续关注我们。西安安泰电子Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线,且具有相当规模的仪器设备供应商,样机都支持免費試用。如想了解更多射頻功率放大器等产品,请持续关注安泰电子官网www.aigtek.com或拨打029-88865020。
原文鏈接:/news/3781.html