导电聚合物驱动器的自适应滑模控制研究*

2015-01-21王湘江刘怀民

机电工程 2015年11期

许洋，王湘江，刘怀民

(南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001)

0 引言

在过去十年里，基于吡咯、噻吩、苯胺等导电聚合物驱行器由于其功耗低、重量轻、结构简单、操作简便、无需高电压驱动，对磁场不敏感和工作无噪音等优点，已被作为高性能智能驱动器进行了广泛研究。这些驱动器也被称为人造肌肉，其工作原理基于离子在导电聚合物层的迁移［1-6］。大量的研究一直致力于构建其电化学机械行为模型，通过控制其弯曲变形以增强驱动器的定位能力。各国学者已经建立一些有效的数学模型［7-12］，但这些模型的精度和适应性需要进一步的研究。基于逆模前馈控制是一种开环控制方法［13］，这种方法无需要反馈的数据就能控制其弯曲位移［14］，但其不具有鲁棒性。

在已有研究的基础上，本研究首先采用递推最小二乘法，对所制作的能在空气介质中工作的多层弯曲型导电聚合物驱动器进行建模研究［15］。针对模型特性，提出了一种自适应滑模控制律来控制驱动器的弯曲位移。理论上证明了自适应滑模控制方法的稳定性。最后，通过实验证明控制该方法有较好的信号跟随能力。本研究中所使用的驱动器是一个多层(三层)的聚吡咯电活性聚合物驱动器，该驱动器可在空气和液体介质下工作。