基于 Levy 辨识法的 IPMC 等效电路迟滞建模与验证
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TB381

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国家自然科学基金(61774138)项目资助


Hysteresis modeling and verification of IPMC equivalent circuits based on Levy identification method
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    摘要:

    离子聚合物一金属复合材料(ionic polymer-metal composite,IPMC)是一种新型柔性智能材料,但其致动机理尚不明 确,位移跟踪困难。针对IPMC 悬臂梁器件在低频交流驱动电压下具有明显的迟滞非线性、建模困难的特点,测试了IPMC 悬 臂梁在低频交流电压下的致动特性,分析了IPMC 在0.1~10 Hz 、2~5.5V 的增益与相位,并使用Levy 辨识法建立了驱动电 压到致动位移的三阶传递函数模型。基于已建立的传递函数模型,提出了IPMC 的非线性等效电路与一阶传递函数的分段 建模方法,改进了IPMC 的等效电路模型无法预测致动位移的缺点。通过实验对比,结果表明,在IPMC 悬臂梁器件在0.1~ 5 Hz、2~5.5V 的低频正弦驱动电压下,可使用等效电路加一阶传递函数代替 IPMC 复杂的动力学过程,整体误差低于 0.3 mm,平均相对误差2.89%,满足应用条件。可以用作IPMC 的低频交流用途,提高了IPMC 位移跟踪精度。

    Abstract:

    lonic polymer-metal composite(IPMC)is a new flexible smart material,but its mechanism is not clear and its displacement tracking is difficult.In view of the obvious hysteresis nonlinearity and modeling difficulties of IPMC cantilever beam device under low frequency AC drive voltage,this paper tests the actuation characteristics of IPMC cantilever beam under low frequency AC voltage,and analyzes the gain and phase of IPMC at 0.1~10 Hz and 2~5.5 V. The third order transfer function model from driving voltage to actuating displacement is established by Levy identification method.Based on the established transfer function model,a pieceby-step modeling method of IPMC's nonlinear equivalent circuit and first-order transfer function is proposed,which improves the defect that IPMC's equivalent circuit model cannot predict the actuated displacement.The results show that under the low frequency sinusoidal drive voltage of 0.1~5 Hz and 2~5.5 V,the IPMC cantilever device can be replaced by equivalent circuit + first-order transmission.The overall error is less than 0.3 mm,and the average relative error is 2.89%,which meets the application conditions.It can be used for low-frequency AC use of IPMC to improve IPMC displacement tracking accuracy.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

李 森,安 坤,郭立山,李 宁,范 东,孟 江.基于 Levy 辨识法的 IPMC 等效电路迟滞建模与验证[J].国外电子测量技术,2024,43(4):92-98

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  • 在线发布日期: 2024-06-20
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