《IPMC感測器信號分析和非線性補償》是依託上海師範大學，由譚永紅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：IPMC感測器信號分析和非線性補償
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：譚永紅
- 依託單位：上海師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
離子聚合物金屬複合材料（IPMC）是近年來人們日益關注的電致動智慧型材料，具有驅動電壓小、變形大、重量輕和能在液體中工作等優點，可作為微型執行器用於生物醫學、人工肌肉、仿生機器人和海洋、太空工程。該材料具有受外力作用時因變形而產生電荷轉移的特性，因此也可作為感測器用於測量物體變形、位移、振動等物理量。由於用這類材料製作的感測器具有重量輕微、產生電信號較強、體積小、柔性大和可在液體介質中工作等特點，故在生物醫學、微機電系統與器件等領域有廣泛的套用前景。然而這類感測器的信號存在著如遲滯等非線性動態特性，且溫度、濕度和不同液體介質等工作環境也會對感測器信號產生影響。本申請將利用智慧型信號處理技術，研究對這類感測器的非線性信號進行分析、智慧型化處理的方法；辨識遲滯等非線性模型，探討相應的智慧型補償方法；同時研究智慧型感知濾波方法，消除典型環境干擾對感測器的不利影響，為獲得高性能的感測器打下基礎。
結題摘要
本課題根據研究計畫對離子聚合物金屬複合材料（IPMC）位移感測器的信號測量裝置進行研製，以此為基礎和實驗平台，對IPMC感測器的信號進行了仔細的分析發現了如下特性： 1、溫度、濕度和不同液體介質等工作環境會對感測器信號的信號產生影響，出現了漂移、時變、時滯現象。 2、由於IPMC這種材料的記憶特點，使得輸入輸出關係呈現遲滯非線性關係，並且隨著輸入頻率變化，輸出特性會出現較大的滯後。 針對IPMC感測器的上述特性,本課題主要做如下工作： 研製了一種低成本的帶超薄保護層的IPMC材料製作位移感測器，這種感測器在工作在乾燥環境時，能有效避免材料中的溶液蒸發，從而減小了信號的漂移與時變特徵，具有良好的穩定性。 為了消除IPMC感測器信號中的隨機噪聲以及所含的遲滯的非光滑性影響影響，我們研究了一種非光滑卡爾曼濾波器，用於進行實時動態濾波，其濾波效果優於傳統的擴展卡爾曼濾波器和粒子群濾波器。 在IPMC感測器的非線性補償研究上，我們提出了一種預測補償方法用於解決IPMC感測器存在的漂移與時滯影響。另外還提出了一種未反饋補償方法，可以提高補償器的魯棒性。
