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首页> 外文期刊>IEEE / ASME Transactions on Mechatronics >A Control-Oriented and Physics-Based Model for Ionic Polymer--Metal Composite Actuators
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A Control-Oriented and Physics-Based Model for Ionic Polymer--Metal Composite Actuators

机译：离子聚合物-金属复合驱动器的面向控制且基于物理的模型

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Ionic polymer-metal composite (IPMC) actuators have promising applications in biomimetic robotics, biomedical devices, and microanomanipulation. In this paper, a physics- based model is developed for IPMC actuators, which is amenable to model reduction and control design. The model is represented as an infinite-dimensional transfer function relating the bending displacement to the applied voltage. It is obtained by exactly solving the governing partial differential equation in the Laplace domain for the actuation dynamics, where the effect of the distributed surface resistance is incorporated. The model is expressed in terms of fundamental material parameters and actuator dimensions, and is thus, geometrically scalable. To illustrate the utility of the model in controller design, an Hinfin controller is designed based on the reduced model and applied to tracking control. Experimental results are presented to validate the proposed model and its effectiveness in real-time control design.
机译：离子聚合物-金属复合材料（IPMC）促动器在仿生机器人，生物医学设备和微/纳米夹持中具有广阔的应用前景。在本文中，为IPMC执行器开发了基于物理的模型，该模型适用于模型简化和控制设计。该模型表示为将弯曲位移与​​施加电压相关联的无穷维传递函数。它是通过精确求解拉普拉斯域中控制动力学的控制偏微分方程获得的，其中结合了分布表面电阻的影响。该模型以基本材料参数和执行器尺寸表示，因此具有几何可伸缩性。为了说明该模型在控制器设计中的效用，基于简化模型设计了一个Hinfin控制器，并将其应用于跟踪控制。提出了实验结果，以验证所提出的模型及其在实时控制设计中的有效性。

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