【摘 要】
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在轨捕获回收因其在空间服务的各项任务中应用潜能巨大而备受重视,而空间碎片目标存在外形尺度大范围变化,旋转速度大范围变化等不确定性,在轨捕获装置必须具备较强的自适应能力。相比传统的刚性抓取结构和材料,IPMC（Ionic polymer metal composite,离子聚合物金属复合材料）质量轻、密度小、弯曲形变大、全柔性、无噪声等优良特性适合在非结构化环境下使用。但是由于IPMC的蠕变特性,使
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目:IPMC分布式驱动的柔性功能材料捕获技术研究（51605220）；
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在轨捕获回收因其在空间服务的各项任务中应用潜能巨大而备受重视,而空间碎片目标存在外形尺度大范围变化,旋转速度大范围变化等不确定性,在轨捕获装置必须具备较强的自适应能力。相比传统的刚性抓取结构和材料,IPMC（Ionic polymer metal composite,离子聚合物金属复合材料）质量轻、密度小、弯曲形变大、全柔性、无噪声等优良特性适合在非结构化环境下使用。但是由于IPMC的蠕变特性,使得IPMC的应用受到了极大的限制。本文对IPMC执行器位移控制展开研究,设计了三种控制方案,旨在实现IPMC位移的精确控制及蠕变特性的改善。主要工作内容如下:（1）基于RC电路对IPMC进行动态建模。对IPMC位移输出性能进行了测试,对直流和交流信号下的测试数据均采用带遗忘因子的递推最小二乘辨识算法对模型进行参数辨识,并验证模型辨识的可靠性。（2）设计并实现了三种IPMC位移控制方案,分别是PID控制方法实现、动态矩阵控制（DMC）方法实现以及自适应模型预测控制（MPC）方法实现。针对每种方案都做了IPMC具体模型的离线仿真实验。其中DMC和自适应MPC均采用带约束的二次规划形式通过数值法求解控制器,仿真结果表明自适应MPC的控制效果要优于DMC控制和PID控制。（3）基于半实物仿真平台搭建了IPMC位移闭环控制系统,集成了IPMC驱动电压、电流和弯曲位移等传感器,实现了数据的同步测量,并可实现基本的数据处理及采集。接着建立了自适应MPC控制器的实时仿真模型,最终验证所设计控制方案的可行性,实现了对IPMC位移的精确控制及蠕变特性的改善。
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