高压放大器在介电弹性体驱动器性能测试中的应用

实验名称：介电弹性体驱动器性能测试

研究方向：为了减轻介电弹性体驱动器中的蝶形迟滞特性与蠕变特性，本文提出了一个新型针对带有蠕变特性的蝶形迟滞隐逆补偿输出反馈控制算法。隐逆补偿算法是一种在线去耦机制，从带有迟滞和蠕变的临时控制信号中获取近似的实际控制信号。首先，针对介电弹性体驱动器构建了一个带有蠕变的蝶形迟滞特性模型。最后，通过应用初始化技术在自适应定律和虚拟控制信号中设置初始值，实现了跟踪误差L有界。实验验证结果表明了所提出的控制方案有效。

实验目的：对介电弹性体驱动器的性能进行测试，测试驱动器能否在高压下达到理想的效果，为后续实验做论证和铺垫。

测试设备：介电弹性体薄膜、激光测距传感器、传感器控制器、高压放大器、电脑等。

实验过程：基于所制备的介电弹性体驱动器，使用激光位移传感器、高压放大器、多功能输入输出采集卡等设备，完成搭建了下图所示的介电弹性体测试平台。

图：介电弹性体测试平台

介电弹性体驱动系统内容如下：介电弹性体膜被双轴4倍预拉伸并固定在聚甲基丙烯酸甲酷圆形框架上。碳导电油脂印在介电弹性体膜的两侧，内径40毫米，外径60毫米。然后将PMMA负载放置在介电弹性体膜的中心，在该中心没有刷碳导电油脂。整个实验装置包括：环形介电弹性体驱动系统，安装用于测量负载位移的激光位移传感器，连接到激光传感器以接收的传感器监视器(LK-G5001P，Keyence)测量数据。高压放大器将驱动输入信号放大1000倍，以及一个多功能输入和输出设备，用于传输和记录输入和输出数据。

实验结果：经实际测试发现，当正弦驱动电压幅值高于3kV时，介电弹性体驱动器形变量比较大，如图2-3至图2-5分别展现了在3.5kV，4.0kV和4.5kV的正弦电压驱动的介电弹性体的形变量比较。通过激光位移传感器的测量，介电弹性体驱动器最大电致形变量已经超过900%。

测试结果如图2-3所示。图2-3(a)为正弦驱动电压为3.5kV，1Hz条件下的介电弹性体驱动器输出位移实验结果，图2.3(b)为介电弹性体在该输入信号条件下的输入输出响应。由此，可以看出，介电弹性体在正弦驱动电压驱动下，体现出了与传统刚性智能材料驱动器中的单回路迟滞现象不同的双回路迟滞现象。图2-4(a)、图2-5(a)为正弦驱动电压为4.0kV，IHz和4.5kV，1Hz条件下的介电弹性体驱动器输出位移实验结果，图2-4(b)和图2-5(b)为介电弹性体在该输入信号条件下的输入输出响应。由此，可以很明显地看出，介电弹性体驱动器的蝶形迟滞现象在不同幅值驱动电压下呈现出了非线性变化。

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审核编辑 黄宇