本书是作者科研团队十余年来从事“人工肌肉驱动、建模、控制及应用技术”科研工作的总结。本书围绕人工肌肉与仿生驱动器展开研究，重点对离子聚合金属复合物、形状记忆合金、气动人工肌肉和压电陶瓷等人工肌肉的驱动、建模、控制及其在相关领域应用实例展开深入的讨论，并对人工肌肉仿生驱动器的潜在应用前景做出分析与解读，为读者在机器人、生物医学设备和工业自动化等领域使用人工肌肉与仿生驱动技术并解决实际工程问题提供参考和借鉴。
样章试读
目录
- 目录
前言
第1章 人工肌肉与仿生驱动器概述 1
1.1 典型人工肌肉材料简介 1
1.1.1 电活性聚合物简介 1
1.1.2 形状记忆合金简介 5
1.1.3 气动人工肌肉简介 6
1.1.4 压电陶瓷简介 8
1.2 典型人工肌肉的应用研究现状 12
1.2.1 IPMC的应用研究现状 12
1.2.2 SMA的应用研究现状 17
1.2.3 PAM的应用研究现状 20
1.2.4 PZT的应用研究现状 24
1.3 典型人工肌肉应用中面临的问题 28
1.3.1 IPMC应用中面临的问题 28
1.3.2 SMA应用中面临的问题 29
1.3.3 PAM应用中面临的问题 30
1.3.4 PZT应用中面临的问题 31
参考文献 32
第2章 人工肌肉非线性建模方法概述 36
2.1 人工肌肉建模基础 36
2.1.1 非线性系统建模概述 36
2.1.2 人工肌肉系统建模方法概述 38
2.2 系统参数辨识方法 41
2.2.1 最小二乘法 41
2.2.2 粒子群优化算法 45
2.3 迟滞建模 47
2.3.1 Play算子和改进Play算子 47
2.3.2 EUPI迟滞模型及逆模型 49
2.4 蠕变建模 52
2.4.1 蠕变模型 52
2.4.2 蠕变逆模型 53
参考文献 54
第3章 IPMC制备和IPMC驱动器建模、控制技术与应用 55
3.1 IPMC制备技术 55
3.1.1 基于Nafion117膜的IPMC制备方法 55
3.1.2 热压法制备厚Nafion膜 57
3.1.3 溶液铸膜法制备MWCNTs-Nafion膜 58
3.2 IPMC驱动器机械输出特性测试 59
3.2.1 IPMC驱动器动态性能测试 59
3.2.2 IPMC驱动器蠕变迟滞性能测试 61
3.3 IPMC驱动器建模 65
3.3.1 IPMC驱动器白箱模型 65
3.3.2 IPMC驱动器灰箱模型 66
3.3.3 IPMC驱动器黑箱模型 67
3.4 IPMC驱动器离散自适应类滑模控制系统设计 68
3.4.1 迟滞蠕变逆补偿器设计及稳定性分析 68
3.4.2 自适应逆补偿器设计及实验验证 70
3.4.3 离散自适应类滑模控制系统设计及实验验证 71
3.5 IPMC驱动器自抗扰控制器设计 78
3.5.1 ADRC结构及算法简介 78
3.5.2 控制模型分析 80
3.5.3 实验验证 81
3.6 IPMC驱动器的应用 83
3.6.1 IPMC驱动器的驱动系统通用组件 83
3.6.2 IPMC驱动器机器鱼系统 84
3.6.3 IPMC驱动器一体化手爪 86
参考文献 88
第4章 SMA驱动器建模、控制技术与应用 90
4.1 SMA材料特性 90
4.2 SMA驱动器建模基础 91
4.2.1 SMA驱动器本构模型 91
4.2.2 SMA驱动器热学模型 94
4.2.3 SMA驱动器相变模型 95
4.3 单自由度SMA驱动旋转关节运动学建模及仿真 96
4.4 单自由度SMA驱动旋转关节输出特性测试系统 99
4.4.1 实验平台搭建 99
4.4.2 基于LabVIEW的数据采集系统搭建 100
4.4.3 基于LabVIEW的数据采集系统设计 101
4.4.4 实验结果分析 105
4.5 SMA驱动器电阻特性测试系统 107
4.6 SMA直线驱动器 115
4.7 SMA驱动器应用与控制 116
4.7.1 SMA驱动的仿人腕关节 116
4.7.2 仿人腕关节控制系统设计 119
参考文献 126
第5章 McKibben人工肌肉建模、控制技术与应用 128
5.1 McKibben人工肌肉的静力学建模 128
5.2 基于EUPI模型的McKibben人工肌肉迟滞建模 131
5.3 McKibben人工肌肉控制系统设计及分析验证 133
5.3.1 McKibben人工肌肉控制系统设计 133
5.3.2 McKibben人工肌肉控制系统仿真分析 134
5.3.3 McKibben人工肌肉控制系统实验验证 136
5.4 McKibben人工肌肉控制器设计 138
5.4.1 参数自调节无模型自适应控制器设计 138
5.4.2 无模型自适应滑模控制器设计 143
5.5 McKibben人工肌肉的应用 148
5.5.1 仿生肘关节 148
5.5.2 软体气动手臂 156
5.5.3 穿戴式助力手臂 165
参考文献 173
第6章 PZT驱动器的建模、控制技术与应用 174
6.1 PZT驱动器特性概述 174
6.2 PZT驱动器性能测试及建模 175
6.2.1 PZT驱动器特性测试系统 175
6.2.2 PZT驱动器性能测试及分析 178
6.2.3 PZT驱动器迟滞建模和蠕变建模 187
6.3 PZT驱动器补偿器设计 190
6.3.1 PZT驱动器蠕变模型的逆补偿器设计 191
6.3.2 基于EUPI模型的PZT驱动器迟滞补偿器设计 192
6.4 PZT驱动器的控制器设计 195
6.4.1 基于PID的前馈补偿控制器设计 195
6.4.2 鲁棒d-EUPI-IM补偿控制器设计 196
6.5 PZT驱动器的应用 202
6.5.1 微操作运动平台结构设计 202
6.5.2 微操作运动平台驱动控制系统搭建与实验验证 202
参考文献 207
第7章 复合人工肌肉概述 208
7.1 SMA-鱼线人工肌肉制备 208
7.2 SMA-鱼线人工肌肉特性概述 209
7.2.1 SMA-鱼线人工肌肉机械输出特性测试系统 210
7.2.2 SMA-鱼线人工肌肉性能测试分析 212
7.3 SMA-鱼线人工肌肉建模 214
7.3.1 SMA-鱼线人工肌肉输出特性迟滞建模 214
7.3.2 SMA-鱼线人工肌肉焦耳热模型 219
7.4 SMA-鱼线人工肌肉迟滞补偿控制方法 221
7.4.1 SMA-鱼线人工肌肉迟滞补偿复合PID控制器设计 221
7.4.2 SMA-鱼线人工肌肉迟滞补偿控制仿真实验 222
7.4.3 SMA-鱼线人工肌肉迟滞补偿控制实验 223
附录 MATLAB程序 225
附录1 IPMC的蠕变模型辨识程序 225
附录2 SMA仿人腕关节BPNN-PID控制程序 226
附录3 PAM的EUPI辨识程序 229
附录4 PSA-MFAC程序 231
附录5 MFASMC程序 232
附录6 PZT的PI模型辨识程序 235
附录7 PZT的改进PI模型辨识程序 236
附录8 PZT的EUPI及其逆模型程序 237
附录9 SMA-鱼线的EUPI迟滞模型程序 244
索引 247
京公网安备 11010102004214号