CN112230553B - 基于ipmc驱动的轻质柔性系统分布控制方法、系统和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于控制系统领域，具体涉及了一种基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法、系统和装置，旨在解决传统的控制方法容易造成控制器溢出、控制精度低和响应慢的问题。本发明包括：获取控制任务和轻质柔性系统自由端的实时位移量，将实时位移量转换为电压信号，基于所述电压信号和控制任务通过轻质柔性系统分布参数模型获取驱动电信号，基于所述驱动电信号控制IPMC进行相应的动作，完成轻质柔性系统的控制并抑制振动。本发明通过建立具有高度非线性和耦合特性的轻质柔性系统的分布参数模型和设计李雅普诺夫函数有效抑制了轻质柔性系统的振动问题，使轻质柔性系统的控制更为精确、响应速度更快、安全性更高和通用性更强。
Description
技术领域
本发明属于控制系统领域，具体涉及了一种基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法、系统和装置。
背景技术
近年来，人们对机器人领域的不断探索使其得到了迅猛发展。其中，柔性机械臂、柔性梁等柔性机构因具有材质较轻、结构柔软、灵活性强、耗能较小等优势，被越来越多的应用在航空、医疗等重要领域。但这类轻质柔性系统的缺点也显而易见，如柔性悬梁的振动问题，给轻质柔性系统的精确控制带来了巨大的挑战。本发明针对这一类轻质柔性系统（分布参数模型）的振动控制问题，选取了一种具有代表性的柔性机构——柔性碳素悬梁作为应用背景，利用智能材料IPMC的驱动特性，提出了对这一类典型分布参数系统的分布控制方法，解决了轻质柔性系统的弹性振动问题，具有十分重要的理论和应用价值。
首先，传统控制方法大多建立在集中参数模型基础之上，这类模型均忽略了系统中的高阶模态，容易使控制失稳，造成安全隐患。而本发明采用的控制方法建立在分布参数模型基础上，可有效避免控制器溢出等不稳定现象发生，稳定性强。
其次，本发明采用智能材料IPMC作为驱动器，与传统的驱动材料（如压电陶瓷、形状记忆合金等）相比，具有良好的电—机械特性，例如响应速度快、驱动电压低、质量轻、体积小等，可产生较大弯曲变形，应用在小力矩驱动任务上优势显著。因此，在轻质柔性碳素悬梁的振动抑制方面充分发挥了优势作用。
最后，本发明采用的是分布控制方法，即将IPMC粘贴在柔性梁表面，使驱动力矩施加在轻质柔性系统的某一段区域上。这样，分布参数模型中的控制项就出现在系统的偏微分方程的支配方程中，直接对弹性振动项进行控制，比传统的边界控制方法对悬梁振动的抑制效果更好。
综上，本发明创新提出的基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法，与传统方法相比具有控制精度高、响应速度快、安全性高等特点，具有重要的理论意义和实际应用价值。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即传统的控制方法容易造成控制器溢出、控制精度低和响应慢的问题，本发明提供了一种基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法，所述方法包括：
步骤S100，获取控制任务和轻质柔性系统自由端的实时位移量；
步骤S200，将实时位移量转换为电压信号，基于所述电压信号和控制任务通过轻质柔性系统分布参数模型获取驱动电信号；
步骤S300，基于所述驱动电信号控制轻质柔性系统的IPMC部分进行相应的动作，完成轻质柔性系统的控制并抑制振动。
进一步地，步骤S200包括：
步骤S210，通过激光位移传感器测量轻质柔性系统自由端的实时位移量，并将所述实时位移量转换为电压信号,并基于所述电压信号通过数据采集卡进行信号A/D转换生成数字信号；
步骤S220，基于所述数字信号和控制任务，通过轻质柔性系统分布参数模型获取激励电压，并通过数据采集卡进行信号D/A转换生成驱动电压，通过功率放大器将驱动电压的电流放大生成驱动电信号。
进一步地，所述轻质柔性系统分布参数模型为：
其中，
，
，
，
表示悬臂梁上的IPMC部分近原点端位置，
表示悬
臂梁上的IPMC部分远原点端位置，
表示单位质量密度，
表示弯曲刚度，L表示悬臂梁的
长度，下标b表示悬臂梁部分，下标c表示IPMC部分，
表示输出弯矩
与
激励电压
之间的关系，可通过黑箱模型得到；其中，关系系数
；
为IPMC
部分的长度，
为常数，
为heaviside函数：
进一步地，所述通过轻质柔性系统分布参数模型获取激励电压，包括：
步骤A100，基于所述柔性分布参数模型，设计李雅普诺夫函数：
其中，
为大于0的待确定常数，
为辅助函数，
为能量函数；
所述能量函数
为：
其中，
为系统动能，
为系统弹性势能；
所述辅助函数
为：
步骤A200，基于所述李雅普诺夫函数和轻质柔性系统分布参数模型设计IPMC驱动的分布控制律：
其中，
为常数，K为关系系数，
为激励电压；
步骤A300，输入所述数字信号时悬臂梁x点处
时刻的弹性位移为
，
为初始时刻，通过所述分布控制律输出激励电压
，使
时，有稳定的时刻的弹性
位移趋于0即
，
，
为最终达到稳定的时刻，
为稳定
的时刻的弹性位移。
进一步地，步骤A300为：
输入所述数字信号时悬臂梁x点处
时刻的弹性位移
，对能量函数
求时间导数：
沿闭环系统对辅助函数
求时间导数：
计算李雅普诺夫函数沿闭环系统的时间导数：
通过第一稳定不等式：
和第二稳定不等式：
使所述李雅普诺夫函数沿闭环系统的时间导数收敛，获得收敛的李雅普诺夫函数：
其中，
、 
、 
和
为大于0的待确定常数，
，
，
，
，且所述收敛的李雅普
诺夫函数满足约束不等式：
根据所述约束不等式得到：
即：
则
，令
，有：
即收敛能量函数为：
基于所述收敛能量函数和李雅普诺夫函数沿闭环系统的时间导数为：
其中，
；
求解基于所述收敛能量函数和李雅普诺夫函数沿闭环系统的时间导数可得：
其中，
为t时刻的李雅普诺夫函数；
能量函数满足：
输出激励电压，系统的能量函数以指数级的速度渐进收敛到0，即轻质柔性系统的
无穷维状态
快速收敛，稳定的时刻的弹性位移趋于0即
。
进一步地，所述轻质柔性系统分布参数模型其构建方法为：
步骤B100,通过黑箱模型对IPMC驱动特性进行建模，再通过最小二乘法和材料力学理论获得电压-力矩映射模型；
步骤B200，基于所述电压-力矩映射模型，针对有阻尼情况引入Hamilton原理，建立以PDEs描述的轻质柔性系统分布参数模型。
所述轻质柔性系统分布参数模型其构建方法还包括基于所述电压-力矩映射模型，针对无阻尼情况引入Hamilton原理，建立以PDEs描述的轻质柔性系统分布参数模型。
本发明的另一方面，提出了一种基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制系统，所述系统包括振动获取模块、驱动信号计算模块和振动抑制模块；
所述振动获取模块，用于获取控制任务和轻质柔性系统自由端的实时位移量；
所述驱动信号计算模块，用于将实时位移量转换为电压信号，基于所述电压信号和控制任务通过轻质柔性系统分布参数模型获取驱动电信号；
所述振动抑制模块，用于基于所述驱动电信号控制轻质柔性系统的IPMC部分进行相应的动作，完成轻质柔性系统的控制并抑制振动。
本发明的第三方面，提出了一种存储装置，其中存储有多条程序，所述程序适于由处理器加载并执行以实现上述的基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法。
本发明的第四方面，提出了一种处理装置，包括处理器、存储装置；所述处理器，适于执行各条程序；所述存储装置，适于存储多条程序；所述程序适于由处理器加载并执行以实现上述的基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法。
本发明的有益效果：
（1）本发明通过建立具有高度非线性和耦合特性的轻质柔性系统的分布参数模型和设计李雅普诺夫函数，提出了基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法，有效抑制了轻质柔性系统的振动问题，使轻质柔性系统的控制更为精确、响应速度更快、安全性更高和通用性更强。
（2）本发明基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法通过在分布参数模型的基础上进行控制，而不是传统的在集中参数模型的基础上进行控制，有效避免控制器溢出等不稳定现象的发生，稳定性强。
（3）本发明基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法通过在分布参数模型的基础上进行控制，利用智能材料IPMC体积小、响应快、驱动电压低的性能优势，更加高效地抑制了轻质柔性系统的弹性振动，节省了能源。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中粘贴IPMC的悬臂梁的几何模型；
图3是本发明实施例中IPMC驱动的悬臂梁末端振动和未添加IPMC驱动的悬臂梁末端振动的示意图；
图4是本发明实施例中的控制轻质柔性系统的IPMC的驱动电压示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明提供一种基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法，本方法通过基于分布参数模型构建控制方法，有效避免了控制器溢出的不稳定现象，有效控制了轻质柔性系统的振动，提高了控制的精确度。
本发明的一种基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法，包括：
步骤S100，获取控制任务和轻质柔性系统自由端的实时位移量；
步骤S200，将实时位移量转换为电压信号，基于所述电压信号和控制任务通过轻质柔性系统分布参数模型获取驱动电信号；
步骤S300，基于所述驱动电信号控制轻质柔性系统的IPMC部分进行相应的动作，完成轻质柔性系统的控制并抑制振动。
所述振动为轻质柔性系统在执行控制任务过程中，轻质柔性系统做出动作时带来的振动。
集中参数建模是要忽略数学模型中的高阶模态的，容易造成控制器溢出和失稳。集中参数建模方法有：有限元法。我们使用的是分布参数建模，没有忽略高阶模态，模型更准确。
智能材料：也叫机敏材料，一般指能够对环境进行感知、分析、判断，并采取一定的措施进行适度响应的具有智能特征的新型材料。
Ion-exchange Polymer Metal Composite (IPMC): 离子交换膜金属复合材料：一种新型的电激活智能材料，具有低密度、高韧性、大响应变形等特点，可作为驱动器应用于机器人领域。
分布参数系统：状态变化不能只用有限个参数而必须用一维或多维空间变量的函数来描述的系统。
Partial Differential Equations (PDEs)：偏微分方程。
域内控制（分布控制）：是指驱动力矩施加在柔性机构的一段区域上。在PDEs模型中，系统支配方程呈现分布参数形式，而域内控制项就出现在支配方程中，故域内控制又称分布控制。
传统驱动材料如压电陶瓷、形状记忆合金等，也可以完成轻质柔性系统的振动控制问题。但这些驱动材料响应速度较慢、驱动电压较高，在对轻质柔性系统的振动抑制方面效果欠佳，且造成了成倍增加的能源浪费。相比之下，本发明所采用的智能材料IPMC响应速度快、驱动电压低、质量轻、体积小，可产生较大弯曲变形，应用在小力矩驱动任务上，充分发挥了其驱动性能的优势，可更加高效、节能的完成振动抑制的任务。
此外，还有利用驱动电机对轻质柔性系统进行边界控制的传统方法，这类方法的缺点更加明显。因为轻质柔性系统的振动控制本质上是分布式的无穷维状态控制，本发明采用分布控制方法，将IPMC粘贴在柔性碳素悬梁表面，使驱动力矩施加在轻质柔性系统的某一段区域上，使得分布参数模型中的控制项出现在系统的偏微分方程的支配方程中，直接对弹性振动项进行控制，比传统的边界控制方法对悬梁振动的抑制效果更好。
为了更清晰地对本发明基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法进行说明，下面结合图1对本发明实施例展开详述。本实施例中，被控制的轻质柔性系统以悬臂梁为例进行进一步说明。
本发明一种实施例的基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法，包括步骤S100-步骤S300，各步骤详细描述如下：
步骤S100，获取控制任务和轻质柔性系统自由端的实时位移量；
步骤S200，将实时位移量转换为电压信号，基于所述电压信号和控制任务通过轻质柔性系统分布参数模型获取驱动电信号；
在本实施例中，步骤S200包括：
步骤S210，通过激光位移传感器测量轻质柔性系统自由端的实时位移量，并将所述实时位移量转换为电压信号,并基于所述电压信号通过数据采集卡进行信号A/D转换生成数字信号；
步骤S220，基于所述数字信号和控制任务，通过轻质柔性系统分布参数模型获取激励电压，并通过数据采集卡进行信号D/A转换生成驱动电压，通过功率放大器将驱动电压的电流放大生成驱动电信号。
在本实施例中，所述轻质柔性系统分布参数模型为：
其中，
，
，
，
表示悬臂梁上的IPMC部分近原点端位置，
表示悬
臂梁上的IPMC部分远原点端位置，
表示单位质量密度，
表示弯曲刚度，L表示悬臂梁的
长度，下标b表示悬臂梁部分，下标c表示IPMC部分，
表示输出弯矩
与
激励电压
之间的关系，通过黑箱模型得到；关系系数
；
为IPMC部分的长
度，
为常数，
为heaviside函数：
在本实施例中，所述轻质柔性系统分布参数模型其构建方法为：
步骤B100,通过黑箱模型对IPMC驱动特性进行建模，再通过最小二乘法和材料力学理论获得电压-力矩映射模型；
步骤B200，基于所述电压-力矩映射模型，针对有阻尼情况引入Hamilton原理，建立以PDEs描述的轻质柔性系统分布参数模型。
在本实施例中，所述轻质柔性系统分布参数模型其构建方法还包括基于所述电压-力矩映射模型，针对无阻尼情况引入Hamilton原理，建立以PDEs描述的轻质柔性系统分布参数模型。
在本实施例中，所述通过轻质柔性系统分布参数模型获取激励电压，包括：
步骤A100，基于所述柔性分布参数模型，设计李雅普诺夫函数：
其中，
为大于0的常数，
为辅助函数，
为能量函数；
所述能量函数
为：
其中，
为系统动能，
为系统弹性势能；
所述辅助函数
为：
步骤A200，基于所述李雅普诺夫函数和轻质柔性系统分布参数模型设计IPMC驱动的分布控制律：
其中，
为常数，K为关系系数，
为激励电压；
步骤A300，输入所述数字信号时有
，
为初始时刻，通过所述分布控制
律输出
，使
时，有
，
，
为最终达到稳定的时刻。
在本实施例中，步骤A300为：
输入
，对能量函数
求时间导数：
沿闭环系统对辅助函数
求时间导数：
计算李雅普诺夫函数沿闭环系统的时间导数：
通过第一稳定不等式：
和第二稳定不等式：
使所述李雅普诺夫函数沿闭环系统的时间导数收敛，获得收敛的李雅普诺夫函数：
其中，
、
、 
和
为大于0的待确定常数，
，
，
，
，且所述收敛的李雅普
诺夫函数满足约束不等式：
根据所述约束不等式得到：
即：
则
，令
，有：
即收敛能量函数为：
基于所述收敛能量函数和李雅普诺夫函数沿闭环系统的时间导数为：
其中，
；
求解基于所述收敛能量函数和李雅普诺夫函数沿闭环系统的时间导数可得：
其中，
为t时刻的李雅普诺夫函数；
能量函数满足：
输出激励电压
，系统的能量函数以指数级的速度渐进收敛到0，即轻质柔性系
统的无穷维状态
快速收敛，稳定的时刻的弹性位移趋于0即
。
可见，所提出的控制方法具有指数型渐进稳定性能，可有效解决这类典型轻质柔性系统的弹性振动问题。
步骤S300，基于所述驱动电信号控制IPMC进行相应的动作，完成悬臂梁的控制并抑制振动。
在本实施例中，本发明通过搭建柔性悬臂梁系统分布控制实验平台验证所涉及的控制器的效果。将激光位移传感器测量到的悬臂梁自由端位移量传递给PC上位机，通过Matlab搭建的控制系统计算IPMC驱动所需的驱动电压，从而实现悬臂梁的振动抑制。
如图2所示，图2为表面粘贴IPMC的悬臂梁几何模型，XOY表示系统的惯性坐标，系统各个参数定义如表1：
表1 悬臂梁系统参数描述
本实施例 首先采用黑箱模型对IPMC驱动特性进行建模，利用最小二乘法和材料力学的相关理论，得到驱动电压与智能材料力矩之间的映射模型；然后针对无阻尼情况和有阻尼情况，引入Hamilton原理，建立以PDEs描述的分布参数系统模型；通过激光位移传感器测量悬臂梁自由端的位移量，把检测到的位移量转换成电压信号，然后通过数据采集卡进行信号A/D转换，把数据传递给PC，通过Matlab搭建的控制系统计算出来的IPMC驱动所需的激励电压，然后再通过数据采集卡实现信号的D/A转换，输出IPMC所需的驱动电压，通过功率放大器进行电流放大，驱动IPMC进行相应的动作，从而实现悬臂梁振动控制。
试验平台软件部分主要由Matlab进行控制，硬件部分主要包括直流电源(KEYSIGHT E3642A 20V)、激光位移传感器(Panasonic HG-C1050)、数据采集卡(QUANSER 8CHANNEL USB)、线性电压放大器(QUANSER VoltPAQ-X1)、PC系统、悬臂梁(碳素条)等。
首先给出系统中的所有物理参数值如表2所示。根据表2的数据可得系统参数 
，
，
，
。为满足约束不等式及
，可设置各个参数为：
，
，
，
，
，
，
。控制率中的参数设
为：
。通过实验测得
。
表2 系统的物理参数值
试验时把IPMC从保存的水中取出，用纸巾把表面明显大水滴擦掉，使用弹性较小的胶带把IPMC和特制的电极同时固定到悬臂梁根部，保证IPMC在悬臂梁宽度方向的居中位置，且电极与IPMC端部接触良好。然后把用夹具加紧悬臂梁。按照试验平台的各部分顺序连好导线。把功率放大器调节电流限流1A，电压放大倍数为1倍；摆放激光位移传感器使之发射与接收激光面与悬臂梁自由端被测面平行，且保证自由端振动范围在激光位移传感器测量范围之内。
准备工作就绪，开始试验，确保悬臂梁平衡静止状态，开通电源，设置好控制系统程序前面板各参数，开始运行控制程序。前5s保证悬臂梁静止，保证能够准确采集到悬臂梁平衡位置，5s以后把悬臂梁自由端移动到距悬臂梁静止平衡位置约10mm的位置释放，使悬臂梁振动，直到悬臂梁平衡静止，从而得到悬臂梁分布控制后振动的相关数据。待悬臂梁静止后，断开IPMC供电电源，重新把悬臂梁自由端移动到距悬臂梁静止平衡位置10mm处释放，使悬臂梁自由振动，待悬臂梁再次静止，得到悬臂梁未加控制时振动的相关数据。将两组数据进行后续处理、比较，观察该控制算法的控制效果，如图3和图4所示。
图3展示了实验数据处理后得到的悬臂梁末端的振动效果，可以看出有IPMC驱动控制时在20s处末端的振动已经小于0.1mm，而没有IPMC驱动控制时，20s处的末端振动幅度仍大于1mm，振动抑制效率提升超过90%。
图4展示了响应的IPMC驱动电压，由于IPMC驱动电压不宜过大，将其设定为
。
实验结果表明了本发明分布控制方法的有效性。
本发明第二实施例的基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制系统，所述控制系统包括：振动获取模块、驱动信号计算模块和振动抑制模块；
所述振动获取模块，用于获取控制任务和轻质柔性系统自由端的实时位移量；
所述驱动信号计算模块，用于将实时位移量转换为电压信号，基于所述电压信号和控制任务通过轻质柔性系统分布参数模型获取驱动电信号；
所述振动抑制模块，用于基于所述驱动电信号控制轻质柔性系统的IPMC部分进行相应的动作，完成轻质柔性系统的控制并抑制振动。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
需要说明的是，上述实施例提供的基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
本发明第三实施例的一种存储装置，其中存储有多条程序，所述程序适于由处理器加载并执行以实现上述的基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法。
本发明第四实施例的一种处理装置，包括处理器、存储装置；处理器，适于执行各条程序；存储装置，适于存储多条程序；所述程序适于由处理器加载并执行以实现上述的基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法。
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
术语“第一”、 “第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S100，获取控制任务和轻质柔性系统自由端的实时位移量；
步骤S200，将实时位移量转换为电压信号，基于所述电压信号和控制任务通过轻质柔性系统分布参数模型获取驱动电信号；
步骤S200的具体步骤包括：
步骤S210，通过激光位移传感器测量轻质柔性系统自由端的实时位移量，并将所述实时位移量转换为电压信号,并基于所述电压信号通过数据采集卡进行信号A/D转换生成数字信号；
步骤S220，基于所述数字信号和控制任务，通过轻质柔性系统分布参数模型获取激励电压，并通过数据采集卡进行信号D/A转换生成驱动电压，通过功率放大器将驱动电压的电流放大生成驱动电信号；
所述轻质柔性系统分布参数模型为：
其中， 
， 
， 
， 
表示悬臂梁上的IPMC部分近原点端位置， 
表示悬臂梁上的IPMC部分远原点端位置， 
表示单位质量密度， 
表示弯曲刚度，L表示悬臂梁的长度，下标b表示悬臂梁部分，下标c
表示IPMC部分， 
表示输出弯矩
与激励电压 
之间的关系，通过黑箱
模型得到；关系系数
； 
为IPMC部分的长度， 
为常数， 
为heaviside函
数：
所述通过轻质柔性系统分布参数模型获取激励电压，其方法为：
步骤A100，基于所述柔性系统分布参数模型，设计李雅普诺夫函数：
其中， 
为大于0的常数， 
为辅助函数， 
为能量函数；
所述能量函数
为：
其中， 
为系统动能， 
为系统弹性势能；
所述辅助函数
为：
步骤A200，基于所述李雅普诺夫函数和轻质柔性系统分布参数模型设计IPMC驱动的分布控制律：
其中， 
为常数，K为关系系数， 
为激励电压；
步骤A300，输入所述数字信号时悬臂梁x点处
时刻的弹性位移为
， 
为初始
时刻，通过所述分布控制律输出激励电压 
，使 
时，有
， 
， 
为最终达到稳定的时刻， 
为稳定的时刻的弹性位移；
输入所述数字信号时悬臂梁x点处
时刻的弹性位移 
，对能量函数 
求时间
导数：
沿闭环系统对辅助函数 
求时间导数：
计算李雅普诺夫函数沿闭环系统的时间导数：
第一稳定不等式：
和第二稳定不等式：
使所述李雅普诺夫函数沿闭环系统的时间导数收敛，获得收敛的李雅普诺夫函数：
其中， 
、 
、 
和 
为大于0的待确定常数， 
， 
， 
， 
，且所述收敛的李雅普诺夫函数满足约束不等式：
根据所述约束不等式得到：
其中， 
为大于0的待确定常数；
即：
则
，令
，有：
即收敛能量函数为：
基于所述收敛能量函数和李雅普诺夫函数沿闭环系统的时间导数为：
其中， 
；
求解基于所述收敛能量函数和李雅普诺夫函数沿闭环系统的时间导数可得：
其中， 
为t时刻的李雅普诺夫函数；
能量函数满足：
输出激励电压
，系统的能量函数以指数级的速度渐进收敛到0，即轻质柔性系统的
无穷维状态 
快速收敛，即稳定的时刻的弹性位移 
；
步骤S300，基于所述驱动电信号控制轻质柔性系统的IPMC部分进行相应的动作，完成轻质柔性系统的控制并抑制振动。
2.一种基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制系统，其特征在于，所述控制系统用于实现权利要求1所述的控制方法，包括：振动获取模块、驱动信号计算模块和振动抑制模块；
所述振动获取模块，用于获取控制任务和轻质柔性系统自由端的实时位移量；
所述驱动信号计算模块，用于将实时位移量转换为电压信号，基于所述电压信号和控制任务通过轻质柔性系统分布参数模型获取驱动电信号；
包括：通过激光位移传感器测量轻质柔性系统自由端的实时位移量，并将所述实时位移量转换为电压信号,并基于所述电压信号通过数据采集卡进行信号A/D转换生成数字信号；
基于所述数字信号和控制任务，通过轻质柔性系统分布参数模型获取激励电压，并通过数据采集卡进行信号D/A转换生成驱动电压，通过功率放大器将驱动电压的电流放大生成驱动电信号；
所述振动抑制模块，用于基于所述驱动电信号控制轻质柔性系统的IPMC部分进行相应的动作，完成轻质柔性系统的控制并抑制振动。
3.一种存储装置，其中存储有多条程序，其特征在于，所述程序用于由处理器加载并执行以实现权利要求1所述的基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法。
4.一种处理装置，包括处理器，用于执行各条程序，其特征在于，所述程序由处理器加载并执行以实现权利要求1所述的基于IPMC驱动的轻质柔性系统分布控制方法。
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