[发明专利]一种反馈式EAP驱动系统及其反馈控制方法

说明书

本发明公开一种反馈式EAP驱动系统及其反馈控制方法，系统包括被控EAP作动器、状态传感器模块、高压生成模块和系统控制器；状态传感器模块包括形变传感器、温度传感器和湿度传感器，分别检测EAP作动器的形变信号、温度信号和湿度信号，传输至系统控制器；系统控制器根据形变期望值数据，以及状态传感器模块检测到的EAP状态信号，确定EAP作动器的驱动电压初始值，进而根据驱动电压初始值控制高压生成模块生成相应的初始驱动电压信号，输出至EAP作动器的驱动控制端；在EAP作动器的动作过程中，系统控制器根据状态传感器模块实时检测到的形变信号与形变期望值数据的差值，控制高压生成模块对输出的驱动控制信号中的驱动电压进行调节，以使得实际形变数据趋近于形变期望值数据。

技术领域

本发明设计EAP驱动技术领域，特别是一种反馈式EAP驱动系统及其反馈控制方法。

背景技术

EAP(Electroactive Polymer)，即电活性聚合物材料，是一种可以对外界施加的电刺激产生响应的新型高分子材料。EAP材料多对电信号产生机械形变响应，常被制成人工肌肉等机械驱动装置。EAP驱动相对传统方式具有结构简单、体积小、能量效率高、响应迅速等优势。

当前对于EAP驱动技术的研究仍处于初期阶段，对EAP材料本身的电学、力学、性质及制备方法研究较多，而对其状态监测及控制方法的研究仍处于空白状态。EAP作为一种高分子弹性材料，在反复动作产生疲劳或工作环境(如温度、湿度、震动、加速度等)变化的情况下其响应特性会产生漂移，而目前EAP驱动仍多使用开环控制方法，缺乏闭环控制方案，导致系统无法对EAP形变状态进行有效控制，对实用化进程产生较大阻碍。

发明内容

本发明的目的是，提出一种反馈式EAP驱动系统及其反馈控制方法，以闭环控制的形式实现对EAP的反馈控制，保障EAP驱动的长期有效性。

本发明采取的技术方案为：一种反馈式EAP驱动系统，包括被控EAP作动器、状态传感器模块、高压生成模块和系统控制器；

状态传感器模块包括形变传感器、温度传感器和湿度传感器，分别检测EAP作动器的形变信号、温度信号和湿度信号，传输至系统控制器；

系统控制器根据形变期望值数据，以及状态传感器模块检测到的EAP状态信号，确定EAP作动器的驱动电压初始值，进而根据驱动电压初始值控制高压生成模块生成相应的初始驱动电压信号，输出至EAP作动器的驱动控制端；在EAP作动器的动作过程中，系统控制器根据状态传感器模块实时检测到的形变信号与形变期望值数据的差值，控制高压生成模块对输出的驱动控制信号中的驱动电压进行调节，以使得实际形变数据趋近于形变期望值数据。

优选的，所述形变传感器采用电容式形变传感器，其包括两个柔性电极片，分别附着于作动器形变轴向的两端。

优选的，所述形变传感器为由多个电容式形变传感器组成的阵列，多个电容之间相互并联。

优选的，所述高压生成模块将低压直流电源转换为用于驱动电子型EAP作动器的高压直流电源，电源等级为10³V级别。

优选的，高压生成模块包括依次级联的DC-DC升压级、逆变升压级和倍压整流级；

DC-DC升压级接收系统控制器输出的控制信号，将低压直流电源转换为一级高压直流电源；逆变升压级对所述一级高压直流电源进行逆变，进而利用升压变压器进行升压，输出升压后的二级高压交流电源；倍压整流极利用倍压整流电路对二级高压交流电源进行倍压整流，输出用于驱动EAP的高压直流电源。

上述DC-DC升压级、逆变升压级和倍压整流级皆可采用现有技术。