[發(fā)明專利]一種用于變時延雙邊遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611024710.3
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN106773668B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃攀峰;戴沛;劉正雄;鹿振宇;孟中杰;張夷齋;張帆
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種用于變時延雙邊遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定控制方法，首先建立兩個主端及從端的雙邊遙操作系統(tǒng)的模型；然后根據(jù)共存在三個信道，每個信道都將速度和力信息傳輸?shù)綄Ψ剑诿總€信道上利用波變量方法來保證信道的穩(wěn)定性，所以設(shè)計(jì)信道穩(wěn)定控制器；對時延預(yù)測估計(jì)，求得的時變增益，以時變增益輸入至兩個信道穩(wěn)定控制器，實(shí)現(xiàn)變時延遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。本發(fā)明的方法易于實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，主要可以應(yīng)用于變時延雙邊遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。對于線性遙操作系統(tǒng)和非線性遙操作系統(tǒng)均具有良好的魯棒性，時延預(yù)測估計(jì)的方法易于得到時延變化率的極值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于遙操作控制領(lǐng)域，涉及一種用于變時延雙邊遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定控制方法。

背景技術(shù)

遙操作技術(shù)已經(jīng)在諸如空間機(jī)器人、高精度裝配、手術(shù)等諸多領(lǐng)域扮演著日益重要的角色，但時延的引入是不可避免的突出問題。當(dāng)操作回路時延與機(jī)器人的動態(tài)時間常數(shù)相比較大時，遠(yuǎn)端機(jī)器人與作業(yè)環(huán)境之間交互的測量信息(位置與接觸力)傳遞到操作者時就會有較大的時延，這種延遲影響操作者的思維及判斷能力，使其不能及時地發(fā)出有效的操作命令，使得系統(tǒng)的性能下降，嚴(yán)重時導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。時延的屬性是時變且未知的，所以對變時延遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定控制方法的研究變得日益重要。

與以往公開的專利相比，《CN201510793832.8-一種基于波變量的定時延遙操作控制方法》、《CN201510551772.9-一種用于變優(yōu)勢因子雙人遙操作的波變量求取方法》、《CN201510793832.8-一種基于波變量的定時延遙操作控制方法》、《CN201610323424.0-一種用于時延非對稱雙人遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定控制方法》主要是針對定時延條件下的遙操作系統(tǒng)提出穩(wěn)定控制方法。但是，多數(shù)的遙操作系統(tǒng)都是處于變時延的條件中。而專利《CN201510243994.4-一種變時延雙人遙操作變結(jié)構(gòu)控制器的設(shè)計(jì)方法》針對變時延的情況下雙人遙操作提出的變結(jié)構(gòu)控制方法，而并沒有針對變時延情況下的雙邊遙操作提出相應(yīng)的穩(wěn)定控制方法，為此，本專利針對變時延情況下的雙邊遙操作提出一種穩(wěn)定控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種用于變時延雙邊遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定控制方法，解決雙邊遙操作系統(tǒng)中的時變時延帶來的穩(wěn)定性問題。

技術(shù)方案

一種用于變時延雙邊遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、建立兩個主端及從端的動力學(xué)模型：

兩個主端的動力學(xué)模型：

從端的動力學(xué)模型：

從端控制器產(chǎn)生的控制力：

其中，M_m表示主端質(zhì)量，表示主端加速度，f_h表示手施加給主端的力，f_mc表示從端反饋到主端的控制力；M_s表示從端質(zhì)量，表示從端加速度，f_sc表示從端控制器產(chǎn)生的控制力，f_e表示環(huán)境施加給從端的力；B和K分別表示從端控制器的微分參數(shù)和比例參數(shù)；表示主端傳輸?shù)綇亩说钠谕俣龋瑇_sc表示主端傳輸?shù)綇亩说钠谕恢茫头謩e表示主端和從端的實(shí)際速度，下標(biāo)m表示主端，下標(biāo)s表示從端；

步驟2、設(shè)計(jì)信道穩(wěn)定控制器：

主端至從端的穩(wěn)定控制器：

從端至主端的穩(wěn)定控制器：

其中：b為波變量參數(shù)，u_m(t)表示主端的前向波變量，表示主端的反向波變量，表示從端的前向波變量，v_s(t)表示從端的反向波變量，表示從端收到的主端傳輸?shù)钠谕俣龋?/p>

k₁(t)與k₂(t)為時變增益，且滿足下式：