[发明专利]一种变时延双人遥操作变结构控制器的设计方法

权利要求书

1.一种变时延双人遥操作变结构控制器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：建立主端和从端的动力学模型及时延模型

第二步：设计主端控制器

主端采用阻抗控制器，在主端与从端之间增加虚拟阻抗；对于主端，利用目标阻抗特性方程来指导控制器的设计；

第三步：设计从端控制器

从端采用基于阻抗控制的滑模控制器，以使从端能有期望的阻抗特性；对于从端，利用目标阻抗特性方程来指导控制器的设计。

2.根据权利要求1所述的变时延双人遥操作变结构控制器的设计方法，其特征在于：所述步骤一中，建立主端和从端的动力学模型及时延模型的具体方法是：

建立主端与从端的动力学模型：

Mm1x··m1+Bm1x·m1+Km1xm1=Fcm1+Fh1---(1-1)]]>

Mm2x··m2+Bm2x·m2+Km2xm2=Fcm2+Fh2---(1-2)]]>

Msx··s+Bsx·s+Ksxs=Fcs-Fe---(1-3)]]>

其中x表示位置，M、B、K分别表示质量、阻尼、倔强系数；F_cm表示主端控制器产生的控制力，F_cs表示从端控制器产生的控制力，F_h表示手施加给主端的力，F_e表示环境施加给从端的力；下标m₁表示第一主端，下标m₂表示第二主端，下标s表示从端；

期望的主端和从端之间力的关系是：

{Fh1′=kfFed1Fh2′=kfFed2---(1-4)]]>

表示从端经过时延d₁后传递给第一主端的环境力，表示从端经过时延d₂后传递给第二主端的环境力；k_f表示力的放缩系数；分别表示第一主端施加给第一操作者的力和第二主端施加给第二操作者的力；

期望的主端和从端之间位置的关系是：

xm1d=α1xsd1+(1-α1)xm2dxm2d=(1-α2)xsd2+α2xm1dxsd=α3xm1d1+(1-α3)xm2d2---(1-5)]]>

其中，x_m1d、x_m2d、x_sd分别表示第一主端、第二主端和从端的期望位移；α₁、α₂和α₃分别表示双人共享控制中的优势因子；上标d₁、d₂、d分别表示第一主端与从端之间、第二主端与从端之间、第一主端与第二主端之间的时延；

若存在时延时，建立如下的时延模型：

xsd1=xs(t-d1(t))]]>

xsd2=xs(t-d2(t))]]>

xm1d1=xm1(t-d1(t))xm1d=xm1(t-d(t))---(1-6)]]>

xm2d=xm2(t-d(t))]]>

xm2d2=xm2(t-d2(t))]]>

Fed1=Fe(t-d1(t))---(1-7)]]>

Fed2=Fe(t-d2(t))---(1-8).]]>