[發(fā)明專(zhuān)利]一種雙邊遙操作系統(tǒng)的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811568035.X
• 申請(qǐng)日: 2018-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109839894B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧周彤;張保勇;張益軍;宋帥;陳自然
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/19
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/19
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張學(xué)彪

本發(fā)明公開(kāi)了一種雙邊遙操作系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：步驟1：建立雙邊遙操作系統(tǒng)模型的動(dòng)態(tài)方程；步驟2：設(shè)計(jì)系統(tǒng)固定時(shí)間控制器；步驟3：利用Lyapunov函數(shù)證明該控制器下的系統(tǒng)穩(wěn)定性；本發(fā)明克服了雙邊遙操作系統(tǒng)穩(wěn)定性和固定時(shí)間控制穩(wěn)定性?xún)烧卟荒芡瑫r(shí)研究的難題,將固定時(shí)間控制應(yīng)用到雙邊遙操作系統(tǒng)的研究中,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)收斂時(shí)間的估算不依賴(lài)于初值，相對(duì)于以往的雙邊遙操作系統(tǒng)的控制方法來(lái)說(shuō)，有著更好的收斂速度和性能。在一些對(duì)收斂時(shí)間有著嚴(yán)格要求的應(yīng)用中，比如航天和海洋探索等領(lǐng)域，有著很大的優(yōu)勢(shì)，是一種可靠的、有效的、重要的控制方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于遙操作控制領(lǐng)域，具體為一種雙邊遙操作系統(tǒng)的固定時(shí)間控制方法。

背景技術(shù)

隨著宇宙航空、海底探險(xiǎn)等工作的發(fā)展，人們對(duì)危險(xiǎn)的未知領(lǐng)域充滿(mǎn)了好奇，遙操作機(jī)器人的需求也開(kāi)始增大。而雙邊遙操作因?yàn)楸葌鹘y(tǒng)的遙操作系統(tǒng)有更好的同步性能，便成為了科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了很多研究固定時(shí)間控制系統(tǒng)和雙邊遙操作系統(tǒng)相關(guān)建模、仿真與分析的工作案例。文獻(xiàn)1(Jinming Huang,Zhongcai Zhang.Nonlinearfeedback design for fixed-time tracking of a class of nonlinearsystems.International Journal of Computer Mathematics.2017,94(7):1349-1362.)對(duì)一系列非線性系統(tǒng)的非線性反饋進(jìn)行固定時(shí)間跟蹤穩(wěn)定性分析。文獻(xiàn)2(Hongfei Li,Chuandong Li,Tingwen Huang,Deqiang Ouyang.Fixed-time stability andstabilization of impulsive dynamical systems.2017,354:8626-8644.)對(duì)脈沖動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行固定時(shí)間穩(wěn)定性的詳細(xì)分析和研究。文獻(xiàn)3(袁利，馬廣富，董經(jīng)緯，李傳江，姜博嚴(yán).航天器近距離交會(huì)的固定時(shí)間終端滑?？刂?2018,39(2):195-205.)則基于固定時(shí)間概念設(shè)計(jì)了一種含雙冪次項(xiàng)的六自由度位姿終端滑模自適應(yīng)控制器，不僅能全局提高姿態(tài)和位置的跟蹤速度及精度，還能估計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)定所需的時(shí)間上界，且該上界與狀態(tài)初始值無(wú)關(guān)。文獻(xiàn)4(Yana Yang,Changchun Hua,Xinping Guan.Adaptive Fuzzy Finite-TimeCoordination Control for Networked Nonlinear Bilateral TeleoperationSystem.IEEE Transactions on fuzzy systems.2014,22(3):631-641.)研究了一種快速終端滑模下的有限時(shí)間雙邊遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性。相比于有限時(shí)間控制，固定時(shí)間控制估計(jì)的系統(tǒng)收斂時(shí)間上界不依賴(lài)于系統(tǒng)初值，即不管系統(tǒng)初始狀態(tài)是在接近平衡點(diǎn)處還是遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)處，都能保證系統(tǒng)在固定的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定。此外，相比于快速有限時(shí)間穩(wěn)定，固定時(shí)間控制器中顯式含有大于1和小于1的分?jǐn)?shù)冪，能同時(shí)提高系統(tǒng)狀態(tài)在接近平衡點(diǎn)階段或遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)階段的收斂速度，即具有更快的收斂速度。

現(xiàn)在的研究雙邊遙操作系統(tǒng)穩(wěn)定性和固定時(shí)間控制穩(wěn)定性的成果越來(lái)越多，可是同時(shí)研究雙邊遙操作系統(tǒng)和固定時(shí)間控制的成果很少。固定時(shí)間控制有更高的收斂速度，并且能滿(mǎn)足更高的性能指標(biāo)要求，所以將固定時(shí)間控制應(yīng)用到雙邊遙操作系統(tǒng)的研究中具有非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于將固定時(shí)間控制應(yīng)用到雙邊遙操作系統(tǒng)的研究中，提供一種設(shè)計(jì)合理并具有良好效果的雙邊遙操作系統(tǒng)的固定時(shí)間控制方法。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種雙邊遙操作系統(tǒng)的固定時(shí)間快速終端滑?？刂品椒?，包括以下步驟:

步驟1：建立雙邊遙操作系統(tǒng)模型的動(dòng)態(tài)方程；

步驟2：設(shè)計(jì)系統(tǒng)固定時(shí)間控制器；

步驟3：利用Lyapunov函數(shù)證明該控制器下的系統(tǒng)穩(wěn)定性。