一种虚拟手术混合控制系统及其验证方法技术方案

一种虚拟手术混合控制系统及其验证方法，系统包括虚拟触觉手术仿真控制系统和FPAA承载的模拟控制器，所述模拟控制器并联在虚拟触觉手术仿真控制系统中的数字控制器的两端。验证方法：并联式混合控制系统建模；研究混合控制系统的稳定性判据；根据稳定性判据测定系统的稳定范围；定量实验分析系统力跟踪和位姿跟踪误差；定性实验检测任务成功率。该系统能在保证稳定性的前提下，有效地提高系统的控制增益，不仅可仿真较真实的软组织碰触实时反馈，也可以感知到可信的刚性时的触觉反馈，能完成多种类型的手术训练和仿真任务，该验证方法能便捷地验证该混合控制系统的稳定性和可靠性。

Virtual operation mixed control system and verification method thereof

A virtual surgery hybrid control system and its verification method, virtual surgery simulation system includes a touch control simulation system and FPAA controller bearing, the analog controller in parallel at both ends of the virtual surgery simulation haptic controller in the system of digital control. Verification methods: parallel modeling of hybrid control system; stability criterion of the hybrid control system; according to the stability criterion of stability range measurement system; quantitative experimental analysis system force tracking and pose tracking error; qualitative test of mission success rate. The system can guarantee stability, effectively improve the control gain of the system, not only can be a real touch of soft tissue simulation real-time feedback, can also perceive that credible rigid tactile feedback, can complete various types of surgical training and simulation tasks, the verification method can easily verify the hybrid control the stability and reliability of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟手术混合控制系统及其验证方法
本专利技术涉及双边遥操作系统，具体涉及一种虚拟手术混合控制系统及其验证方法。
技术介绍
虚拟触觉手术仿真系统，可用于术前规划和医生培训，帮助医生熟悉手术操作流程，学习操作技巧，在减少不熟练的手术操作对病人损伤的同时，可重复使用的界面也节省了训练成本。其中，控制系统决定并监控着系统行为，其是整个仿真系统的大脑，因此如何提高控制系统的性能，同时保证系统的稳定性和透明性是十分必要的。目前有关虚拟触觉手术仿真控制系统的研究，主要集中在缩短通讯延迟，保证终端无源及优化仿真模型算法等方面，而对控制器离散化所带来的影响研究较少。离散化的控制器会限制控制增益上限，降低系统透明性，影响系统性能。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种虚拟手术混合控制系统及其验证方法，该系统能在保证稳定性的前提下，有效地提高系统的控制增益，不仅可仿真较真实的软组织碰触实时反馈，也可以感知到可信的刚性时的触觉反馈，能完成多种类型的手术训练和仿真任务，该验证方法能便捷地验证该混合控制系统的稳定性和可靠性。为了实现上述目的，本专利技术提供一种虚拟手术混合控制系统，包括虚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种虚拟手术混合控制系统，包括虚拟触觉手术仿真控制系统，其特征在于，还包括FPAA承载的模拟控制器，所述模拟控制器并联在虚拟触觉手术仿真控制系统中的数字控制器的两端。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟手术混合控制系统，包括虚拟触觉手术仿真控制系统，其特征在于，还包括FPAA承载的模拟控制器，所述模拟控制器并联在虚拟触觉手术仿真控制系统中的数字控制器的两端。2.一种虚拟手术混合控制系统的验证方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：并联式混合控制系统建模：根据非线性系统理论，将模拟控制阻尼项和微分项分别移动至机器人一侧和操作者一侧，从数学理论上仅在控制器里保留数字控制部分，整个过程保证闭环传递函数不变；步骤二：研究混合控制系统的稳定性判据：推导混合控制方法下的稳定性判据，考虑网络延迟和终端是否有源等因素，在得到稳定性判据后，采用小增益定理方法理论验证结果；步骤三：根据稳定性判据测定系统的稳定范围：首先选取一个采样频率，断开模拟控制部分，仅使用数字控制器，测定数字控制参数直至系统出现不稳定状态；然后保持采样频率不变，增加模拟比例项，达到最大值后再增加模拟阻尼项和微分项，最终获得在此采样频率下的最大混合控制增益值；随着采样频率从100赫兹增大到1000赫兹，重复上述过程，即可获得最大增益曲线；步骤四...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨婷，付宜利，胡俊峰，耿伟，朴雪，刘莘，
申请(专利权)人：徐州医科大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32