一种用于时延非对称双人遥操作系统的稳定控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于时延非对称双人遥操作系统的稳定控制方法，首先，建立非对称双人遥操作系统的模型；其次，设计波变量；最后，建立时延模型；本发明专利技术将速度和力信息转化为波变量后再进行传输，根据无源性理论，可以保证信道在任意定时延条件下的无源性，保证双人遥操作系统在定时延条件下的稳定性；本发明专利技术只需要将速度和力信息进行简单的算数运算即可实现波变换，易于实现。最后，本发明专利技术可以保证信道在任意定时延条件下的无源性，并且主端、从端以及环境模型都是无源，所以可以保证整个系统在任意定时延下的无源性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于遥操作控制领域，具体涉及一种用于时延非对称双人遥操作系统的稳定控制方法。
技术介绍
遥操作技术已经在诸如空间机器人、高精度装配、手术等诸多领域扮演着日益重要的角色。在遥操作系统中，操作者通过从端的机械臂与远端环境进行交互。遥操作技术一方面可以给操作者提供一个安全的环境，另一方面可以给操作者提供很强的临场感。传统的单人单机的遥操作技术对操作者要求较高，以及协同性不强，用于完成复杂任务具有局限性。所以，多人多机遥操作技术应运而生，尤其是非对称结构的双人遥操作系统具有高度灵活性、可操作性等诸多优点。但是时延极大的影响到遥操作的稳定性，而时延又广泛存在于通信信道中，所以对时延遥操作系统的稳定控制方法应着重于保证信道的稳定性。波变量方法脱胎于无源控制理论，可以很好的解决由时延带来的遥操作稳定性问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决非对称双人遥操作系统中的时延带来的稳定性问题，提供一种用于时延非对称双人遥操作系统的稳定控制方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种用于时延非对称双人遥操作系统的稳定控制方法，包括以下步骤：1)建立非对称双人遥操作系统的模型；建立两个主端及从端的动力学模型： Z m 1 V h 1 = F cm 1 + F h 1 - - - ( 1 - 1 ) ]]> Z m 2 V h 2 = F cm 2 + F h 2 - - - ( 1 - 2 ) ]]>ZsVe＝Fcs-Fe (1-3)其中： F cm 1 = - C m 1 V h 1 - C 4 m 1 V h 1 d + C 6 m 1 F h 1 - C 2 m 1 F h 1 d - - - ( 1 - 4 ) ]]> F cm 2 = - C m 2 V h 2 - C 4 m 2 V h 2 d + C 6 m 2 F h 1 - C 2 m 2 F h 2 d - - - ( 1 - 5 ) ]]>Fcs＝-CsVe+C1Ved-C5Fe+C3Fed (1-6)和Ve分别表示主端1、主端2和从端的速度，和Zs表示主端1、主端2和从端的线性动力学模型，和Fcs分别表示主端1、主端2和从端的控制力，和分别表示操作者施加给主端1和主端2的力，Fe表示环境的作用力；和Ved分别表示主端1、主端2和从端的期望速度，和Fed分别表示主端1、主端2和从端的期望作用力；Cs、C1、C5和C3分别为不同的控制器参数；主端和从端的期望速度分别是： V h 1 d ( t ) = α 1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于时延非对称双人遥操作系统的稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立非对称双人遥操作系统的模型；建立两个主端及从端的动力学模型：Zm1Vh1=Fcm1+Fh1---(1-1)]]>Zm2Vh2=Fcm2+Fh2---(1-2)]]>ZsVe＝Fcs‑Fe      (1‑3)其中：Fcm1=-Cm1Vh1-C4m1Vh1d+C6m1Fh1-C2m1Fh1d---(1-4)]]>Fcm2=-Cm2Vh2-C4m2Vh2d+C6m2Fh1-C2m2Fh2d---(1-5)]]>Fcs＝‑CsVe+C1Ved‑C5Fe+C3Fed     (1‑6)和Ve分别表示主端1、主端2和从端的速度，和Zs表示主端1、主端2和从端的线性动力学模型，和Fcs分别表示主端1、主端2和从端的控制力，和分别表示操作者施加给主端1和主端2的力，Fe表示环境的作用力；和Ved分别表示主端1、主端2和从端的期望速度，和Fed分别表示主端1、主端2和从端的期望作用力；Cs、C1、C5和C3分别为不同的控制器参数；主端和从端的期望速度分别是：Vh1d(t)=α1Ved1(t)+(1-α1)Vh2d(t)Vh2d(t)=(1-α2)Ved2(t)+α2Vh1d(t)Ved(t)=α3Vh1d1(t)+(1-α3)Vh2d2(t)---(1-7)]]>主端和从端的期望力分别是：Fh1d(t)=α1Fed1(t)+(1-α1)Fh2d(t)Fh2d(t)=(1-α2)Fed2(t)+α2Fh1d(t)Fed(t)=α3Fh1d1(t)+(1-α3)Fh2d2(t)---(1-8)]]>其中，α1、α2和α3分别表示非对称双人遥操作系统的优势因子；上标d1、d2、d分别表示主端1与从端之间、主端2与从端之间、主端1与主端2之间的时延大小；主端1的速度和力传输到从端的信息变为和传输到主端2的信息变为和主端2的速度和力传输到从端的信息变为和传输到主端1的信息变为和从端的速度Ve(t)和Fe(t)传输到主端1的信息变为和传输到主端2的信息变为和2)设计波变量由于共存在三个信道，每个信道都将速度和力信息传输到对方，在每个信道上利用波变量方法来保证信道的稳定性；具体步骤如下；对于每个信道设计波变量，将时域变量变为波变量进行传输；um(t)=bv(t)+F′(t)2b---(1-9)]]>vm(t)=bv(t)-F′(t)2b---(1-10)]]>us(t)=bv′(t)+F(t)2b---(1-11)]]>vs(t)=bv′(t)-F(t)2b---(1-12)]]>T表示信道传输的时延大小，um(t)表示左端向右传播的波变量，v(t)表示左端的速度，F′(t)表示右端传输到左端的期望力，vm(t)表示左端向左传播的波变量，b表示波阻抗，us(t)表示右端向右传播的波变量，vs(t)表示右端向左传播的波变量，v′(t)表示左端传输到右端的期望速度，F(t)表示右端的力；波变量的引入，会在保证无源性的条件性使得v′(t)跟踪v(t)，F′(t)跟踪F(t)；um2(t)=bF2(t)+v2′(t)2b---(1-13)]]>vm2(t)=bF2(t)-v2′(t)2b---(1-14)]]>us2(t)=bF2′(t)+v2(t)2b---(1-15)]]>vs2(t)=bF2′(t)-v2(t)2b---(1-16)]]>表示左端向右传播的波变量，F2(t)表示左端的力，v′2(t)表示右端传输到左端的期望速度，表示左端向左传播的波变量，表示右端向右传播的波变量，表示右端向左传播的波变量，F′2(t)表示左端传输到右端的期望力，v2(t)表示右端的速度；波变量的引入，会在保证稳定性的条件性使得F′2(t)跟踪F2(t)，v′2(t)跟踪v2(t)；对于主端1和主端2之间的信道，该信道的波变量设计时，T为主端1与主端2之间的时延d；v(t)为v′(t)为F(t)为F′(t)为F2(t)为F′2(t)为v2(t)为v′2(t)为对于主端1和从端之间的信道，该信道的波变量设计时，T为主端1与从端之间的时延d1；v(t)为v′(t)为F(t)为Fe(t)，F′(t)为F2(t)为F′2(t)为v2(t)为Ve(t)，v′2(t)为对于主端2和从端之间的信道，该信道的波变量设计时，T为主端2与从端之间的时延d2；v(t)为v′(t)为F(t)为Fe(t)，F′(t)为F2(t)为F′2(t)为v2(t)为Ve(t)，v′2(t)为3)建...

【技术特征摘要】
1.一种用于时延非对称双人遥操作系统的稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立非对称双人遥操作系统的模型；建立两个主端及从端的动力学模型： Z m 1 V h 1 = F cm 1 + F h 1 - - - ( 1 - 1 ) ]]> Z m 2 V h 2 = F cm 2 + F h 2 - - - ( 1 - 2 ) ]]>ZsVe＝Fcs-Fe (1-3)其中： F cm 1 = - C m 1 V h 1 - C 4 m 1 V h 1 d + C 6 m 1 F h 1 - C 2 m 1 F h 1 d - - - ( 1 - 4 ) ]]> F cm 2 = - C m 2 V h 2 - C 4 m 2 V h 2 d + C 6 m 2 F h 1 - C 2 m 2 F h 2 d - - - ( 1 - 5 ) ]]>Fcs＝-CsVe+C1Ved-C5Fe+C3Fed (1-6)和Ve分别表示主端1、主端2和从端的速度，和Zs表示主端1、主端2和从端的线性动力学模型，和Fcs分别表示主端1、主端2和从端的控制力，和分别表示操作者施加给主端1和主端2的力，Fe表示环境的作用力；和Ved分别表示主端1、主端2和从端的期望速度，和Fed分别表示主端1、主端2和从端的期望作用力；Cs、C1、C5和C3分别为不同的控制器参数；主端和从端的期望速度分别是： V h 1 d ( t ) = α 1 V e d 1 ( t ) + ( 1 - α 1 ) V h 2 d ( t ) V h 2 d ( t ) = ( 1 - α 2 ) V e d 2 ( t ) + α 2 V h 1 d ( t ) V e d ( t ) = α 3 V h 1 d 1 ( t ) + ( 1 - α 3 ) V h 2 d 2 ( t ) - - - ( 1 - 7 ) ]]>主端和从端的期望力分别是： F h 1 d ( t ) = α 1 F e d 1 ( t ) + ( 1 - α 1 ) F h 2 d ( t ) F h 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄攀峰，戴沛，刘正雄，孟中杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61