一种用于变时延双边遥操作系统的稳定控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于变时延双边遥操作系统的稳定控制方法，首先建立两个主端及从端的双边遥操作系统的模型；然后根据共存在三个信道，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，所以设计信道稳定控制器；对时延预测估计，求得的时变增益，以时变增益输入至两个信道稳定控制器，实现变时延遥操作系统的稳定控制。本发明专利技术的方法易于实现和应用，主要可以应用于变时延双边遥操作系统的稳定控制。对于线性遥操作系统和非线性遥操作系统均具有良好的鲁棒性，时延预测估计的方法易于得到时延变化率的极值。

Stability control method for variable delay bilateral teleoperation system

The invention relates to a method for stability control method of variable delay bilateral remote operating system, this paper establishes two main end and from the end of bilateral teleoperation operating system model; then according to the presence of a total of three channels, each channel will speed and force transmission of information to each other, using the wave variable method in each channel to ensure channel stability, so the design of stable channel controller; time delay estimation, the time-varying gain, with time-varying gain input to two channel controller, realize stable control of variable time delay remote operating system. The method of the invention is easy to realize and apply, and can mainly be applied to the stability control of variable delay bilateral teleoperation systems. For linear teleoperation system and nonlinear teleoperation system, the proposed method is robust and the delay estimation method is easy to obtain the extremum of time delay rate.

【技术实现步骤摘要】
一种用于变时延双边遥操作系统的稳定控制方法
本专利技术属于遥操作控制领域，涉及一种用于变时延双边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，但时延的引入是不可避免的突出问题。当操作回路时延与机器人的动态时间常数相比较大时，远端机器人与作业环境之间交互的测量信息(位置与接触力)传递到操作者时就会有较大的时延，这种延迟影响操作者的思维及判断能力，使其不能及时地发出有效的操作命令，使得系统的性能下降，严重时导致系统不稳定。时延的属性是时变且未知的，所以对变时延遥操作系统的稳定控制方法的研究变得日益重要。与以往公开的专利相比，《CN201510793832.8-一种基于波变量的定时延遥操作控制方法》、《CN201510551772.9-一种用于变优势因子双人遥操作的波变量求取方法》、《CN201510793832.8-一种基于波变量的定时延遥操作控制方法》、《CN201610323424.0-一种用于时延非对称双人遥操作系统的稳定控制方法》主要是针对定时延条件下的遥操作系统提出稳定控制方法。但是，多数的遥操作系统都是处于变时延的条件中。而专利《CN201510243994.4-一种变时延双人遥操作变结构控制器的设计方法》针对变时延的情况下双人遥操作提出的变结构控制方法，而并没有针对变时延情况下的双边遥操作提出相应的稳定控制方法，为此，本专利针对变时延情况下的双边遥操作提出一种稳定控制方法。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种用于变时延双边遥操作系统的稳定控制方法，解决双边遥操作系统中的时变时延带来的稳定性问题。技术方案一种用于变时延双边遥操作系统的稳定控制方法，其特征在于步骤如下：步骤1、建立两个主端及从端的动力学模型：两个主端的动力学模型：从端的动力学模型：从端控制器产生的控制力：其中，Mm表示主端质量，表示主端加速度，fh表示手施加给主端的力，fmc表示从端反馈到主端的控制力；Ms表示从端质量，表示从端加速度，fsc表示从端控制器产生的控制力，fe表示环境施加给从端的力；B和K分别表示从端控制器的微分参数和比例参数；表示主端传输到从端的期望速度，xsc表示主端传输到从端的期望位置，和分别表示主端和从端的实际速度，下标m表示主端，下标s表示从端；步骤2、设计信道稳定控制器：主端至从端的稳定控制器：从端至主端的稳定控制器：其中：b为波变量参数，um(t)表示主端的前向波变量，表示主端的反向波变量，表示从端的前向波变量，vs(t)表示从端的反向波变量，表示从端收到的主端传输的期望速度；k1(t)与k2(t)为时变增益，且满足下式：步骤3、计算时变增益：对于连续系统：取和的极大值作为和右边的值，求解得到时变增益k1(t)与k2(t)；对于离散系统：采用求得采用求得以求得的和作为和右边的值，求解得到时变增益k1(t)与k2(t)；步骤4：以步骤3求得的时变增益输入至步骤2的两个信道稳定控制器，实现变时延遥操作系统的稳定控制。有益效果本专利技术提出的一种用于变时延双边遥操作系统的稳定控制方法，首先建立两个主端及从端的双边遥操作系统的模型；然后根据共存在三个信道，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，所以设计信道稳定控制器；对时延预测估计，求得的时变增益，以时变增益输入至两个信道稳定控制器，实现变时延遥操作系统的稳定控制。本专利技术的方法易于实现和应用，主要可以应用于变时延双边遥操作系统的稳定控制。对于线性遥操作系统和非线性遥操作系统均具有良好的鲁棒性，时延预测估计的方法易于得到时延变化率的极值。附图说明图1：表示波变量计算方法图2：表示系统框图，具体描述主端和从端之间的信息传递情况具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：本专利技术的实施例技术方案为：由建立双边遥操作系统的模型、设计信道稳定控制器、时延预测估计等三个部分组成。该方法具体包括如下步骤：1、建立双边遥操作系统的模型2、设计信道稳定控制器3、时延预测估计第一步：建立双边遥操作系统的模型建立两个主端及从端的动力学模型：两个主端的动力学模型：从端的动力学模型：其中，Mm表示主端质量，表示主端加速度，fh表示手施加给主端的力，fmc表示从端反馈到主端的控制力；Ms表示从端质量，表示从端加速度，fsc表示从端控制器产生的控制力，fe表示环境施加给从端的力；B和K分别表示从端控制器的微分参数和比例参数；表示主端传输到从端的期望速度，xsc表示主端传输到从端的期望位置，和分别表示主端和从端的实际速度，下标m表示主端，下标s表示从端；第二步：设计信道稳定控制器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，设计如图1的波变量，将时域变量变为波变量进行传输。其中，b为波变量参数，um(t)表示主端的前向波变量，表示主端的反向波变量，表示从端的前向波变量，vs(t)表示从端的反向波变量，表示从端收到的主端传输的期望速度；由于波变量在信道传输的过程中会经历时变时延的影响，所以对经过信道到达主端和从端的波变量进行修正，从而保证系统的无源性。详见图2其中，k1(t)与k2(t)为时变增益，且满足下式：第三步：时延预测估计波变量在信道中传播时，按照如下的时延模型：us′(t)＝um(t-T1(t))(0-12)v′m(t)＝vs(t-T2(t))(0-13)对于连续系统，取和的极大值作为(0-10)不等式右边的值。对于离散系统，使用下式求出和的值其中：T为离散系统采样时间间隔。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、对于线性遥操作系统和非线性遥操作系统均具有良好的鲁棒性2、时延预测估计的方法易于得到时延变化率的极值具体实施方式第一步：建立两个主端及从端的动力学模型：其中：上式中Ms＝0.5kg，K＝3，B＝20。表示主端传输到从端的期望速度，xsc表示主端传输到从端的期望位置，和分别表示主端和从端的实际速度，下标m表示主端，下标s表示从端；第二步：设计信道稳定控制器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：其中，b＝2.5为波变量参数，um(t)表示主端的前向波变量，表示主端的反向波变量，表示从端的前向波变量，vs(t)表示从端的反向波变量，表示从端收到的主端传输的期望速度；令和用下式表示：其中，k1(t)与k2(t)为时变增益，且满足下式：第三步：时延预测估计对于连续系统，取和的极大值作为上式右边的值。对于离散系统，使用下式求出和的值其中：T为离散系统采样时间间隔，取T＝0.01s。第四步：以步骤3求得的时变增益输入至步骤2的两个信道稳定控制器，实现变时延遥操作系统的稳定控制。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于变时延双边遥操作系统的稳定控制方法，其特征在于步骤如下：步骤1、建立两个主端及从端的动力学模型：两个主端的动力学模型：

【技术特征摘要】
1.一种用于变时延双边遥操作系统的稳定控制方法，其特征在于步骤如下：步骤1、建立两个主端及从端的动力学模型：两个主端的动力学模型：从端的动力学模型：从端控制器产生的控制力：其中，Mm表示主端质量，表示主端加速度，fh表示手施加给主端的力，fmc表示从端反馈到主端的控制力；Ms表示从端质量，表示从端加速度，fsc表示从端控制器产生的控制力，fe表示环境施加给从端的力；B和K分别表示从端控制器的微分参数和比例参数；表示主端传输到从端的期望速度，xsc表示主端传输到从端的期望位置，和分别表示主端和从端的实际速度，下标m表示主端，下标s表示从端；步骤2、设计信道稳...

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