[发明专利]一种基于波变量的定时延遥操作控制方法

权利要求书

1.一种基于波变量的定时延遥操作控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立主从端的动力学模型及时延模型：

Mmx··m=fh-fmc---(1-1)]]>

Msx··s=fsc-fe---(1-2)]]>

fsc=B(x·sc-x·s)+K(xsc-xs)---(1-3)]]>

其中，M_m表示主端质量，表示主端加速度，f_h表示手施加给主端的力，f_mc表示从端反馈到主端的控制力；M_s表示从端质量，表示从端加速度，f_sc表示从端控制器产生的控制力，f_e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，x_sc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；

期望的主端和从端之间的关系是：

X·s(s)=X·m(s)e-sTλs+λ---(1-4)]]>

F_mc(s)＝F_sc(s)e^-sT(1-5)

s表示拉普拉斯算子，分别表示主端和从端的速度的拉普拉斯变换，表示主端向从端传输信道中的低通滤波器，λ为滤波器的带宽，F_mc(s)表示从端反馈到主端的控制力的拉普拉斯变换；F_sc(s)表示从端控制力的拉普拉斯变换；e^-sT表示定时延通信环节的拉普拉斯变换；

在信道传输过程中，采用波变量进行传输；在频域内的波变量变换公式如下：

Um(s)=bX·m(s)+Fmc(s)2b---(1-6)]]>

Vm(s)=bX·m(s)-Fmc(s)2b---(1-7)]]>

Us(s)=bX·sc(s)+Fsc(s)2b---(1-8)]]>

Vs(s)=bX·sc(s)-Fsc(s)2b---(1-9)]]>

其中，b为波变量参数，U_m(s)表示主端的前向波变量的拉普拉斯变换，V_m(s)表示主端的反向波变量的拉普拉斯变换，U_s(s)表示从端的前向波变量的拉普拉斯变换，V_s(s)表示从端的反向波变量的拉普拉斯变换，表示从端收到的主端传输的期望速度的拉普拉斯变换；

因为存在时延，建立如下的时延模型：

Us(s)=Um(s)e-sTUm(s)=Vs(s)e-sT---(1-10)]]>

其中，T表示主端与从端之间的时延，均为常数；

2)设计前向通道波变量补偿项

加入补偿项后，前向通道的波变量如下：

Us(s)=ΔUs(s)+Um(s)λs+λe-sT---(1-11)]]>

其中，ΔU_s(s)为前向通道波变量补偿量的拉普拉斯变换；

为了达到稳定的跟踪性能，补偿量如下所示：

ΔUs(s)=-Vs(s)+Vm(s)λs+λe-sT+2bFsc(s)sBs+K---(1-12)]]>

3)设计反向通道波变量补偿项

对反向通道的波变量增加补偿项ΔV_m(s)，反向通道的波变量表示为：

V_m(s)＝V_s(s)e^-sT+ΔV_m(s)(1-13)

其中，ΔV_m(s)为反向通道波变量补偿量的拉普拉斯变换；

传递到主端的反馈力为：

Fmc(s)=bX·m(s)-2bVm(s)---(1-14)]]>

将(1-13)与(1-9)带入(1-14)，得到：

Fmc(s)=Fsc(s)e-sT+b[X·m(s)-X·sc(s)e-sT]-2bΔVm(s)---(1-15)]]>

令：

ΔVm(s)=b2[X·m(s)-X·sc(s)e-sT]---(1-16)]]>

则(1-15)中的就会被消掉，从而可以满足(1-5)的要求；

经过化简，得到：

ΔV_m＝U_m-U_se^-sT(1-17)

4)设计能量整定器

为了对主端耗散的能量进行计算，设计一个非负能量储存器：

Es(t)=∫0tum2(τ)-vs2(τ-T)dτ---(1-18)]]>

E_s(t)表示能量存储量，u_m(τ)为主端前向波变量的时域信号，v_s(τ)为从端反向波变量的时域信号；

反向通道的波变量补偿项Δv_m(t)的计算方式如下：

Δvm(t)=γ(1-e-δEs(t))*[um(t)-us(t-T)]---(1-19)]]>

其中，γ和δ都是正的调节参数，γ决定了补偿的快慢，δ决定了能量储存器的累积的快慢，*代表卷积运算；当能量储存器达到零时，上式小括号中的项就会成为零，从而会阻断补偿项的计算，很好的保证系统的稳定性。