JP6207395B2 - 平面近似を使用した誘電エラストマーの自己検知 - Google Patents
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Description
小規模振動をDEの電極間の電圧差に導入するステップと、
一定期間に亘って、DEの両端の電位差およびDEを通る直列電流を測定するステップと、
直交軸として画定される際に、前記測定から導き出されたデータを通して、最良適合平面のための方程式を導き出すステップと、
1つまたは複数のフィードバック・パラメータを平面方程式の係数から導き出すステップと、を含む。
パルス幅変調(PWM)周期的作動信号をDEに供給することと、
DEの両端の電圧のステップ変化、およびPWM作動信号の移行においてDEを通る電流のステップ変化を測定することと、
DEの両端の電圧のステップ変化を、DEを通る電流のステップ変化で除することと、により、DEの等価直列抵抗(ESR)を推定することをさらに含む。
推定されたESRの時刻歴を記録するステップと、
時間に関するESRの近似を、推定されたESRの記録された時刻歴から導き出すことであって、それにより近似を使用して、PWM作動信号の移行の間のESRを推定することができる、導き出すステップと、をさらに含む。
DEの必要とされる状態を示す入力信号を受信するステップと、
前述の記述のうちの任意の1つの方法に従って、DEの状態の推定を得るステップと、
推定された状態が、必要とされる状態に実質的に一致するように、入力信号と推定の両方に応答する1つまたは複数のシステム入力を調節するステップと、を含む。
エラストマー膜によって分離された1対の電極を備える誘電エラストマー(DE)と、
小規模電圧振動をDEに供給するように適合された給電手段と、
DEの両端の電位差およびDEを通る直列電流を測定するための測定手段と、
測定手段に通信可能に結合する演算手段であって、演算手段は、所定の期間に亘って、DEの電気特性に関する測定データから導き出すように、データに最良に適合する平面に対する方程式を導き出すように、かつ平面方程式の係数から1つまたは複数のフィードバック・パラメータを導き出すように適合される、演算手段と、を備えるシステムであると言われてもよい。
例示として以下に記載された本発明の第1の実施形態では、本発明の方法は、誘電エラストマー(DE)の3つの電気特性および時間を含む、4つの変数に関するデータの導出に関与する。これらの4つの変数は、抽象四次元空間を形成する直交軸として定義され、したがって、データを通る最良適合平面は、三次元超平面を含む。DEフィードバック・パラメータは、超平面に対する方程式の係数から導き出すことができる。
1.超平面を適合するプロセスは、単段の数学的プロセスを使用して達成される。
2.DEの両端の電圧内の小規模振動を発生するために使用される波形上に、厳しい要件は少ない。すなわち、方法は、PWMの電源を必ずしも必要とせず、それによってハードウェア設計に関して柔軟性を増加させる。
3.静電容量は、超平面を利用可能なデータに適合することにより直接獲得される。
4.プロセスは以下の理由によりノイズに感度が低い。
a.直列電流の積分は(Qinputを得るために)、直列電流のフィードバックデータをローパスフィルタリングする手段として作用する。ノイズがゼロの平均値を有する場合、積分は、信号からノイズ成分を減衰するように作用する。
b.利用可能なデータに平面を適合するために回帰を使用するには、利用可能なデータのすべてを使用する。これは任意の一時点からのデータ点にも起因せず、それ故、推定されたパラメータ上の疑似データ点の影響は最小に抑えられる。
本発明の方法のさらなる例示として、以下に説明される第2の実施形態によれば、方法は、誘電エラストマー(DE)の2つの電気特性および時間を含む、3つの変数に関するデータを導き出すことに関与する。これらの3つの変数は、三次元空間を形成する直交x軸、y軸、およびz軸として定義され、したがって、データを通る最良適合平面は、平面を含む。
したがって、本発明は、DEの3つの主要フィードバック・パラメータのうちの任意の1つまたは複数上に正確なフィードバックを提供し、これは今度はDEの状態に改善されたフィードバックを提供する。
Claims (26)
- 誘電エラストマー(DE)の物理的状態の少なくとも1つのフィードバック・パラメータを推定する方法であって、
小規模振動を前記DEの電極間の電圧差に導入するステップと、
一定期間に亘って、前記DEの両端の電位差および前記DEを通る直列電流を測定するステップと、
直交軸として定義した際の前記測定から導き出されたデータを介して、最良適合平面の係数から、1つまたは複数のフィードバック・パラメータを推定するステップと、を含む方法。 - 前記1つまたは複数のフィードバック・パラメータは、前記DEの静電容量を含み、前記静電容量は前記最良適合平面の第1の係数によって近似される、請求項1に記載の方法。
- 前記DEの前記静電容量を前記DEの前記物理的状態に関連付けるステップをさらに含む、請求項2に記載の方法。
- 前記1つまたは複数のフィードバック・パラメータは、前記DEを通る漏れ電流を含み
、前記漏れ電流は、前記最良適合平面の第2の係数から推定される、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記漏れ電流を監視するとともに、前記漏れ電流を制限するために前記DEへの入力を制御するステップをさらに含む、請求項4に記載の方法。
- 前記DEの両端の前記電位差および前記DEを通る直列電流が測定される前記一定期間は、前記DEの機械的および電気的時定数に比して短い、請求項1に記載の方法。
- 1つまたは複数のフィードバック・パラメータを前記最良適合平面の係数から推定する前記ステップは、前記測定から導き出された前記データの回帰分析を実行することを含む、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記測定から導き出された前記データは、前記DEの両端の電位差、前記DEを通る直列電流、前記DEに供給される電荷、および時間を含み、前記最良適合平面は超平面を含む、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記1つまたは複数のフィードバック・パラメータは、前記DEの等価直列抵抗を含み、前記等価直列抵抗は、前記最良適合平面の第3の係数から推定される、請求項8に記載の方法。
- 前記等価直列抵抗は、前記最良適合平面の前記第3の係数を、前記DEの静電容量で除することによって近似される、請求項9に記載の方法。
- 前記漏れ電流は、前記最良適合平面の前記第2の係数から、前記DEの静電容量の変化率と前記DEの等価直列抵抗の変化率との公称相乗効果を減じることにより、前記第2の係数から推定される、請求項4に従属する場合における請求項8乃至10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記測定から導き出された前記データは、前記DEの容量性構成要素の両端の電位差および前記DEに一定期間に亘って供給された電荷を含む、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記DEの前記容量性構成要素の両端の前記電位差は、前記DEの等価直列抵抗(ESR)の両端の電位差を、前記DEの両端の前記電位差から減じることによって推定される、請求項12に記載の方法。
- 前記DEの前記ESRは、
パルス幅変調(PWM)周期的作動信号を前記DEに供給するステップと、
前記DEの両端の電圧のステップ変化、および前記PWM周期的作動信号の移行において前記DEを通る電流の前記ステップ変化の大きさを測定するステップと、
前記DEの両端の電圧の前記ステップ変化を、前記DEを通る電流の前記ステップ変化で除することによって前記ESRを推定するステップと、
前記推定されたESRの時刻歴を記録するステップと、
時間に関するESRの近似を、前記推定されたESRの前記記録された時刻歴から導き出すステップであって、それにより前記近似を使用して、前記PWM作動信号の移行の間の前記ESRを推定するステップと、によって推定される、請求項13に記載の方法。 - 時間、前記DEの前記容量性構成要素の両端の電位差、および前記DEに供給された電荷は、それぞれ直交x軸、y軸、およびz軸と定義される、請求項12乃至14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記漏れ電流は、前記最良適合平面の前記第2の係数から前記DEの前記静電容量の変化率と前記DEの前記容量性構成要素の両端の前記電位差との積を減じることにより、前記第2の係数から推定される、最終的に請求項4に従属する場合における請求項12乃至15のいずれか一項に記載の方法。
- 前記DEに供給された前記電荷は、時間に関する前記DEを通る前記直列電流を積分することによって導き出される、請求項8乃至16のいずれか一項に記載の方法。
- 前記DEは、誘電エラストマー・アクチュエータ(DEA)を備え、前記方法は、前記フィードバック・パラメータに基づいて前記DEAの作動を制御するステップをさらに含み、それによって閉ループフィードバック制御システムを形成する、請求項1乃至17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記DEAの必要とされる状態を示す入力信号を受信するステップと、
前記状態が、前記必要とされる状態に実質的に一致するように、前記入力信号と前記DEAの前記状態の両方に応答する1つまたは複数のシステム入力を調節するステップと、をさらに含む、請求項18に記載の方法。 - 1つまたは複数のフィードバック・パラメータを推定する前記ステップは、前記データを介して前記最良適合平面のための方程式を導き出すことを含む、請求項1に記載の方法。
- 誘電エラストマー(DE)システムであって、
エラストマー膜によって分離された1対の電極を含むDEと、
小規模電圧振動を前記DEに提供するように適合された給電手段と、
前記DEの両端の電位差および前記DEを通る直列電流を測定するための測定手段と、
前記測定手段に通信可能に結合された演算手段とを含み、前記演算手段は、所定の期間に亘って、直交軸として定義した際の前記測定から導き出されたデータを介して、最良適合平面の係数から、1つまたは複数のフィードバック・パラメータを推定するように適合されている、システム。 - 前記測定手段は、前記所定の期間の周波数より高いサンプリング周波数を有する、請求項21に記載のシステム。
- 前記演算手段は、前記DEの必要とされる状態を示す入力信号を受信し、かつ前記フィードバック・パラメータに基づいて、前記DEの閉ループフィードバック制御を提供するために、1つまたは複数のシステム入力を制御するように、さらに適合されている、請求項21に記載のシステム。
- 前記演算手段は、前記係数を推定するために回帰分析を実行するように適合されている、請求項21乃至23のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記フィードバック・パラメータは、前記DEの静電容量、等価直列抵抗および/または漏れ電流の1つまたは複数を含む、請求項21乃至24のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記演算手段は、前記データに最良に適合する平面のための方程式を導き出し、かつ前記平面のための方程式の係数から1つまたは複数のフィードバック・パラメータを導き出すことによって、1つまたは複数のフィードバック・パラメータを推定するように適合されている、請求項21乃至25のいずれか一項に記載のシステム。
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