一种基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法，包括：将仿生手指温度传感器的温度传递过程建模为二阶系统模型；以仿生手指温度传感器进行升温实验辨识二阶系统模型的模型参数；基于辨识得到的模型参数设计二阶系统模型的逆模型，并引入一个可调阻尼系数的低通滤波器生成温度滞后补偿模型；将仿生手指温度传感器实时测量的温度数据输入所述温度滞后补偿模型中得到补偿后的温度。本发明专利技术可有效提高温度测量速度，解决仿生手指传感器存在的温度测量滞后问题。传感器存在的温度测量滞后问题。传感器存在的温度测量滞后问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法


[0001]本申请属于仿生手指温度传感器信息处理
，具体涉及一种基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法。

技术介绍

[0002]在智能仿生手指的设计中，对温度的良好感知能力是其中重要的一环。如附图1所示，对液阻式仿生手指来说，其包含电解液、柔性皮肤、电极、信号处理电路、指骨和温度敏感元件，由于温度传感器通常是安装在仿生手指内部，当手指与物体接触时，物体的温度信息需要经过手指皮肤和电解液的至少两层结构传导才能影响到温度传感器，测量存在严重的滞后性。
[0003]目前克服检测滞后的常规方法有：一是选择时间常数小的传感器；二是适当选取检测点的位置。这两种方法虽然在一定程度上会减少系统的滞后，但是都没有从根本上克服解决温度传感器由于多层传导导致的滞后问题，这一滞后现象大大降低了用户的使用体验感。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法，有效提高温度测量速度。
[0005]为实现上述目的，本申请所采取的技术方案为：
[0006]一种基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法，所述基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法，包括：
[0007]步骤1、将仿生手指温度传感器的温度传递过程建模为二阶系统模型；
[0008]步骤2、以仿生手指温度传感器进行升温实验来辨识二阶系统的模型参数；
[0009]步骤3、基于辨识得到的模型参数设计二阶系统模型的逆模型，并引入一个可调阻尼系数的低通滤波器生成温度滞后补偿模型；
[0010]步骤4、将仿生手指温度传感器实时测量的数据输入所述温度滞后补偿模型中得到补偿后的温度。
[0011]以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
[0012]作为优选，所述将仿生手指温度传感器的温度传递过程建模为二阶系统模型，包括：
[0013]建立二阶系统模型G(s)如下：
[0014][0015]式中，T1、T2为二阶系统的惯性时间常数；
[0016]取数据采样周期为T，对所述二阶系统模型进行离散化，得到二阶差分方程式如下：
[0017]y(k)+l1y(k
‑
1)+l2y(k
‑
2)＝k0x(k)+k1x(k
‑
1)+k2x(k
‑
2)
[0018]式中，y(k)为k时刻仿生手指温度传感器测量到的温度，x(k)为k时刻的实际温度，系数k0、k1、k2、l1和l2为根据惯性时间常数T1、T2和采样周期T计算得到的系数。
[0019]作为优选，所述基于辨识得到的模型参数设计二阶系统模型的逆模型，并引入一个可调阻尼系数的低通滤波器生成温度滞后补偿模型，包括：
[0020]基于所述二阶系统模型设计逆模型G
‑1(s)如下：
[0021]G
‑1(s)＝T1T2s2+(T1+T2)s+1
[0022]取逆模型引入一个低通滤波器后建立温度滞后补偿模型G
C
(s)如下：
[0023][0024]式中，T1+T2和T1T2为辨识得到的模型参数，ζ为低通滤波器的阻尼系数；
[0025]对所述温度滞后补偿模型进行离散化，得到差分方程为：
[0026]y*(k)＝k
′0y(k)+k
′1y(k
‑
1)+k
′2y(k
‑
2)
‑
l
′1y*(k
‑
1)
‑
l
′2y*(k
‑
2)
[0027]式中，y(k)为k时刻仿生手指温度传感器测量到的温度，y*(k)为k时刻补偿后的温度，系数k
′0、k
′1、k
′2、l
′1和l
′2为根据惯性时间常数T1与T2、阻尼系数ζ和采样周期T计算得到的系数。
[0028]本申请提供的基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法与现有技术相比具有明显的优点和效果，具体而言，由上述技术方案可知，本专利技术通过建立二阶系统模型，计算模型参数，设计温度滞后补偿器模型，调整阻尼系数ζ来拟合实际温度曲线，得到温度补偿差分方程来计算补偿后的计算温度y
*
(k)，能够较好地克服温度传感器的测量滞后，及时感受外界的温度变化。通过实验表明，本专利技术提出的方法能够动态实时追踪被接触物体的温度，其响应速度与安装在仿真手指表面的温度传感器的测量速度相当。
附图说明
[0029]图1为现有技术中液阻式仿生手指的结构示意图；
[0030]图2为本申请基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法的流程图；
[0031]图3为本申请实验加入补偿算法后升温段数据对比曲线图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0033]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本申请。
[0034]为了解决现有技术中仿生手指温度传感器测量温度存在滞后性的问题，本实施例
提出一种基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法。
[0035]如图2所示，本实施例的基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法，包括以下步骤：
[0036]步骤1、将仿生手指温度传感器的温度传递过程建模为二阶系统模型。
[0037]在实际应用中，系统热量传导经过手指皮肤和电解液二层结构，因此可以将仿生手指的温度传递过程近似看作是一个二阶系统，从温度上升曲线上来看其也具有二阶系统的特性。因此，建立温度传递过程的二阶系统模型如下：
[0038][0039]式中，G(s)为温度传递过程的二阶系统模型，T1、T2为二阶系统的惯性时间常数，惯性时间常数大小取决于手指皮肤和和电解液的热传导特性。基于系统模型可以看出，当仿生手指接触到外部物体时，物体的温度信息经过两次热交换才会影响到温度传感器，造成严重的温度滞后现象。
[0040]为了便于实时计算，本实施例取仿生手指温度传感器的数据采样周期为T(例如取采样周期T为1s)，对所述二阶系统模型进行离散化，得到二阶差分方程式如下：
[0041]y(k)+l1y(k
‑
1)+l2y(k...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法，其特征在于，所述基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法，包括：步骤1、将仿生手指温度传感器的温度传递过程建模为二阶系统模型；步骤2、以仿生手指温度传感器进行升温实验来辨识二阶系统的模型参数；步骤3、基于辨识得到的模型参数设计二阶系统模型的逆模型，并引入一个可调阻尼系数的低通滤波器生成温度滞后补偿模型；步骤4、将仿生手指温度传感器实时测量的数据输入所述温度滞后补偿模型中得到补偿后的温度。2.如权利要求1所述的基于可调阻尼逆模型的仿生手指温度滞后补偿方法，其特征在于，所述将仿生手指温度传感器的温度传递过程建模为二阶系统模型，包括：建立二阶系统模型G(s)如下：式中，T1、T2为二阶系统的惯性时间常数；取数据采样周期为T，对所述二阶系统模型进行离散化，得到二阶差分方程式如下：y(k)+l1y(k
‑
1)+l2y(k
‑
2)＝k0x(k)+k1x(k
‑
1)+k2x(k
‑
2)式中，y(k)为k时刻仿生手指温度传感器测量到的温度，x(k)为k时刻的实际温度，系数k0、k1、k2、l1和l2为根据惯性时间常数T1、T2和采样周期T计算得到的系数。3.如权利要求2所述的基...

【专利技术属性】
技术研发人员：余婉婷，孙勇智，李津蓉，陈晓，陈萌，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：