[发明专利]针对非对称时变时延下双边遥操作系统的预定性能控制方法

说明书

本发明公开了一种针对非对称时变时延下双边遥操作系统的自适应预定性能控制方法，其内容包括：通过引入辅助中间变量将遥操作系统拆分为两个子系统，并将带有时变时延的系统状态仅置于第两个子系统中；针对第一子系统基于反步递推方法设计自适应有预定性能策略，保证第一子系统的同步误差在渐近收敛的同时满足预设的暂稳态性能；针对第二子系统设计预定性能控制策略，并利用多维小增益定理建立系统性能参数、控制器参数、时延导数上界与系统稳定性的关系。本发明通过设计不依赖不对称时变时延精确信息的自适应预定性能控制方法，在保证主从机器人之间同步误差渐近收敛的同时满足预设的暂稳态性能，因此在实际中具有较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及网络化非线性遥操作系统控制技术领域，尤其涉及具有双边结构的非线性遥操作系统在非对称时变时延下的预定性能控制方法。

背景技术

遥操作系统的出现使得人类可以在难以接近或者有害环境下完成复杂的作业任务，并同时创造巨大的经济及社会价值。近几年来，遥操作系统陆续在空间和深海探测、重大自然灾害(如地震救援、火山喷发救援)以及危险环境(如核事故现场)等的作业中得以成功应用，从而在一定程度上扩大了人类的活动范围，增强了人类的操作能力。

随着计算机网络技术的迅猛发展，研究学者成功将网络引入到遥操作控制领域，给遥操作技术的发展带来了新的契机的同时将遥操作技术的发展推向了一个新的高度。但是网络时延的存在性以及随机性等问题严重影响了遥操作系统控制的稳定性以及可操作性。因此，近年来大量的研究学者针对网络化遥操作系统的时延控制方法进行了大量的分析以及研究工作，这些工作在文献《Bilateral teleoperation:An history survey》以及文献《Passivity-based control for bilateral teleoperation:Atutorial》中进行了分析以及总结。

然而通过对现有遥操作系统控制方法研究发现，现有遥操作控制方法大多只关注于系统是否能稳定工作而忽视了系统收敛过程中的暂态性能。因此主从收敛过程中往往伴随着较大的超调量，且收敛速度较慢，收敛精度较差。在古典控制中提到一个好的控制效果应使得系统同时满足稳、准、快性能要求，且系统应具有较小的超调量。现有控制方法下系统的准确性、快速性和超调量大多数情况下只能通过不断调节控制器参数，对比系统响应结果，从而选出最符合实际应用需求的系统响应来实现。当外界环境或实际需求稍有变化，需进行大量的实验来重新确定新的参数。是否能够根据实际应用需求，在控制器设计中兼顾系统的稳态性能和暂态性能，是研究学者一直拟解决的问题。

针对该问题——针对遥操作系统的预定性能控制问题得到了研究学者的广泛关注，如文献《Adaptive neural networkbasedprescribedperformance control forteleoperation system under input saturation》，《Adaptive neural network basedprescribedperformance control forteleoperation system under input saturation》等。但上述工作中均假设主、从机器人之间的通信时延为常时延。而网络通信时延往往为非对称时变时延，在非对称时变时延下如何设计不依赖于时延精确信息的预定性能控制方法，而保证主从机器人之间的同步误差渐近收敛至原点的同时满足预定的暂稳态性能是本发明拟解决的主要控制技术难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有控制技术下遥操作系统只能保证系统稳定运行而忽略系统暂态性能的问题，为非对称时变时延下的双边遥操作系统提供了一种预定性能控制方法，在保证主从机器人同步误差渐近收敛的同时具有很好的暂、稳态性能。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下控制方案：

一种针对非对称时变时延下双边遥操作系统的预定性能控制方法，其内容包括如下步骤：