一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法技术

本发明专利技术属于机械臂动力学领域，涉及一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法，建立离散时间远程操控双边控制系统，对于预定的状态边界，结合状态偏差的值特征，设计控制律的切换信号，设计离散时间双边控制律。本发明专利技术实现状态有界的双边控制方法在计算机系统中的直接应用，保证双边同步的同时，通过参数的合理选取还能确保系统的稳定精度。

A Discrete Time Varying Boundary Bilateral Control Method for Remote Manipulation

【技术实现步骤摘要】
一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法
本专利技术属于机械臂动力学领域，涉及一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法。
技术介绍
远程操控技术能够支持机器人在人类难以涉足的危险或者跨域情景下实现人类行为在时空上的迁移，如可在水下、有毒、有核及空间环境下执行对任务目标的接管和操控等动作。考虑到远程操控中主端和从端操作的同步问题，需要设计高同步的有限状态控制方法，一方面提升远程操控的同步精度，一方面保证从端操作的可靠性。当前普遍采用的方法有涉及状态有界，然而没有适用于实际物理系统的离散时间方法，无法有效化解采样时间对控制效果的影响，继而降低了双边控制精度。
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面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法使用该方法实现状态有界的双边控制方法在计算机系统中的直接应用，保证双边同步的同时，通过参数的合理选取还能确保系统的稳定精度。技术方案一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法，其特征在于步骤如下：步骤1：离散时间远程操控双边控制系统：其中，下标m和s分别指代远程操控的主端和从端机械臂，为了方便说明，用i＝m，s说明后续变量，k表示采样时刻，表示关节交向量，表示正定惯量矩阵，表示科氏力矩阵，是未知但有界的外部扰动，表示人类操作人员的输入力，表示环境力，表示机械臂输出的力矩；将双边控制模型进行转换，获得如下的差分表达式：qi(k+1)＝qi(k)+δΔqi(k)Δqi(k+1)＝Δqi(k)+δfi(k)+δgi(k)ui(k)+δdi(k)其中δ表示离散时间系统的采样间隔，对应双边控制模型，获得：di(k)＝-Bi(Δqi(k))其中，Fi(k)依情况，分别对应环境力与操作人员的输入；步骤2：对于预定的状态边界，结合状态偏差的值特征，设计控制律的切换信号：同步误差：其中，主端误差为em(k)，从端误差为es(k)，Tm和Ts分别表示主端和从端的延迟时间相对于采样间隔的倍率。双边机械臂的关节角限制为其中qij(k)表示主端或者从端机械臂的第j个关节角的角位置，γij(k)关节角变化的下界，关节角变化的上界；定义各个关节角的期望角位置同样满足定义两个正数变量，满足定义双边同步误差定义切换信号定义如下的辅助符号步骤3：设计离散时间双边控制律，并以此进行控制：ui(k)＝vi(k)+wi(k)其中，θi和是对角矩阵，所有非零元素都为正状态变量的限制边界与初始值的差的绝对值应不小于1，θi选择为采样周期的倒数。有益效果本专利技术提出的一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法，建立离散时间远程操控双边控制系统，对于预定的状态边界，结合状态偏差的值特征，设计控制律的切换信号，设计离散时间双边控制律。本专利技术实现状态有界的双边控制方法在计算机系统中的直接应用，保证双边同步的同时，通过参数的合理选取还能确保系统的稳定精度。具体实施方式现结合实施例对本专利技术作进一步描述：为了解决上述存在的技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种面向远程操控的离散时间强化变化边界双边控制方法，其步骤包括：a)考虑离散时间远程操控双边控制系统：其中，下标m和s分别指代远程操控的主端和从端机械臂，为了方便说明，用i＝m，s说明后续变量，k表示采样时刻，表示关节交向量，表示正定惯量矩阵，表示科氏力矩阵，是未知但有界的外部扰动，表示人类操作人员的输入力，表示环境力，表示机械臂输出的力矩。将双边控制模型进行转换，获得如下的差分表达式：qi(k+1)＝qi(k)+δΔqi(k)Δqi(k+1)＝Δqi(k)+δfi(k)+δgi(k)ui(k)+δdi(k)其中δ表示离散时间系统的采样间隔，对应双边控制模型，容易获得di(k)＝-Bi(Δqi(k))其中，Fi(k)依情况，分别对应环境力与操作人员的输入；b)对于预定的状态边界，结合状态偏差的值特征，设计控制律的切换信号：设计同步误差：em(k)＝qm(k)-qs(k-Ts)es(k)＝qs(k)-qm(k-Tm)其中，主端误差为em(k)，从端误差为es(k)，Tm和Ts分别表示主端和从端的延迟时间相对于采样间隔的倍率。双边机械臂的关节角限制为其中qij(k)表示主端或者从端机械臂的第j个关节角的角位置，类似地，定义各个关节角的期望角位置同样满足定义两个正数变量，满足定义双边同步误差定义切换信号定义如下的辅助符号ξij(k)＝hij(k)ηij(k)+(1-hij(k))ζij(k)c)设计离散时间双边控制律；ui(k)＝vi(k)+wi(k)其中，θi和是对角矩阵，所有非零元素都为正，为了保证双边系统的同步稳定，状态变量的限制边界与初始值的差的绝对值应不小于1，θi建议选择为采样周期的倒数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法，其特征在于步骤如下：步骤1：离散时间远程操控双边控制系统：

【技术特征摘要】
1.一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法，其特征在于步骤如下：步骤1：离散时间远程操控双边控制系统：其中，下标m和s分别指代远程操控的主端和从端机械臂，为了方便说明，用i＝m，s说明后续变量，k表示采样时刻，表示关节交向量，表示正定惯量矩阵，表示科氏力矩阵，是未知但有界的外部扰动，表示人类操作人员的输入力，表示环境力，表示机械臂输出的力矩；将双边控制模型进行转换，获得如下的差分表达式：qi(k+1)＝qi(k)+δΔqi(k)Δqi(k+1)＝Δqi(k)+δfi(k)+δgi(k)ui(k)+δdi(k)其中δ表示离散时间系统的采样间隔，对应双边控制模型，获得：di(k)＝-Bi(Δqi(k))其中，Fi(k)依情况，分别对应环境...

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