Feedforward Control of the Rate-Dependent Viscoelastic Hysteresis Nonlinearity in Dielectric Elastomer Actuators

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作者
Jiang Zou
出处
期刊:IEEE robotics and automation letters 卷期号:4 (3): 2340-2347 被引量:40
标识
DOI:10.1109/lra.2019.2902954
摘要

Dielectric elastomer actuators have shown promising applications in the field of soft robotics. However, due to their rate-dependent viscoelastic hysteresis nonlinearity, it is still challenging to achieve precision tracking control of dielectric elastomer actuators. In this letter, we propose a feedforward control approach that can compensate for the rate-dependent viscoelastic hysteresis nonlinearity with maximum tracking errors of 6.18% and root-meansquare errors of 2.96% when the frequency of the input voltage is between 0.05 Hz and 1.5 Hz. Our control approach consists of two feedforward compensators: 1) for the ease of the hysteresis compensation, a creep compensator is firstly developed to remove the viscoelastic creep nonlinearity; 2) based on a phenomenological mathematical model, an inverse hysteresis compensator is then developed to compensate for the rate-dependent viscoelastic hysteresis nonlinearity. Experimental results of tracking various periodic trajectories demonstrate that: the maximum tracking errors are reduced by 87.17% and the root-mean-square errors are decreased by 89.53%, by comparing the results without the viscoelastic compensation. It is the first time to successfully compensate for both the viscoelastic creep nonlinearity and rate-dependent hysteresis nonlinearity of dielectric elastomer actuators by a feedforward control approach, which may pave the way for further applications in dielectric-elastomer-actuators based soft robotics.
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