柔性触觉阵列显示层在线双态蠕变观测器补偿算法
摘要 柔性触觉阵列在反复增减同一负载时，前一代显示层补偿器暴露出一个结构性缺陷：整片卸载后重新加载，239 s 受载历史累积的蠕变补偿被状态机清零，同一负载的前后显示相差 2516 ADC（满载族极差），用户看到的就是"丢基线"。此后用事件式"蠕变记忆"修补，虽修好了目标工况，却在随机切换工况上把显示整体下移约 1200 ADC——账本式记忆伤害了它没见过的工况，该方案已废弃。本文给出第三条路线：把传感器与夹具当作线性粘弹性体，逐通道在线维护两个 Kelvin-Voigt 非弹性状态（快态 + 慢态），叠加一个近零带内慢速再校准的零点跟踪，显示 = 零点 + 纯弹性响应。整条算法没有事件账本、没有状态清零，受载门由弹性估计的自然下限形成；慢态跟随实测慢漂移速率，因为辨识表明蠕变幅度因工况差 3 倍、固定幅度必在一边过扣一边欠扣。针对"阶跃后约 2 s 见峰、随后回落过大"的现场问题，算法内建三重沿后机制：上升沿后的快态前馈（沿后短窗内加快收敛）、慢态沿后软冻结（沿后按指数权重逐步放开积分）、以及显示侧的补偿预留池（受载期施加补偿的增速不超过输入快速导数加小余量，会把显示往下拉的部分先预留、慢相阶段随输入爬升逐步释放）。在真实数据回放上（13 会话、73 个加载事件）：纯过补偿回落中位 262→27 ADC（反复增减工况 fall 中位 332→94、落位 9.2→6.6 s）；346 s 恒载保压显示漂移 −108 ADC（输入自身 +1010）；首次加载见峰 2～4 s。代价如实：快相期间显示比真实弹性电平略偏高（预留池暂时未扣的部分），随后数十秒缓慢归位；频繁切换工况的保压段 std 相对固定幅度版上升；卸载后到零点再校准完成前显示有一段低于原始零点的过渡（τ₀=8 s 量级）。在线实现与独立复算实现逐帧对拍，最大逐帧差 5×10⁻⁵ ADC。 关键词 触觉阵列；粘弹性蠕变；在线观测器；Kelvin-Voigt 模型；零点跟踪；无事件补偿；一致性 1 引言 1.1 丢失的 2000 ADC：上一代方案的失效方式 前代显示层补偿（事件状态机方案）建立在事件状态机上：加载沿、卸载沿、变载各自触发状态迁移，补偿量挂在事件血统上逐代继承。它在"加载—保持—再加载"的家族路径上工作正常，但有一条它没有覆盖的路径：整片卸载。 现场录制 R1（31306 帧，21 通道）里的时间线是：239～240 s 输入经约 1.5 s 四级台阶塌到基线，检测器 240.08 s 确认卸载、240.86 s 状态机转入空载并清空全部慢相补偿状态；244.3 s 重新加载被当作全新事件，幅度参考直接锚在快相终点电平上。于是第一次加载段（t16～239）显示 = 输入 − 累积补偿（补偿从 +1570 涨到 +2289，这是正确行为：load1 从 2.4 s 一直压到 239 s，其蠕变一直在长），而重载段（t246 起）的扣除是 −54 与 +13——239 s 受载历史被整段遗忘。同一满载的前后显示相差 2516 ADC（族极差），这就是用户报障的"丢基线"。 ...