基于Levy辨识法的IPMC等效电路迟滞建模与验证

离子聚合物-金属复合材料(ionic polymer-metal composite, IPMC)是一种新型柔性智能材料,但其致动机理尚不明确,位移跟踪困难。针对IPMC悬臂梁器件在低频交流驱动电压下具有明显的迟滞非线性、建模困难的特点,测试了IPMC悬臂梁在低频交流电压下的致动特性,分析了IPMC在0.1~10 Hz、2~5.5 V的增益与相位,并使用Levy辨识法建立了驱动电压到致动位移的三阶传递函数模型。基于已建立的传递函数模型,提出了IPMC的非线性等效电路与一阶传递函数的分段建模方法,改进了IPMC的等效电路模型无法预测致动位移的缺点。通过实验对比,结果表明,在IPMC悬臂梁器件在0.1~5 Hz、2~5.5 V的低频正弦驱动电压下,可使用等效电路加一阶传递函数代替IPMC复杂的动力学过程,整体误差低于0.3 mm,平均相对误差2.89%,满足应用条件。可以用作IPMC的低频交流用途,提高了IPMC位移跟踪精度。