[发明专利]一种用于时延非对称双人遥操作系统的稳定控制方法

摘要

本发明公开了一种用于时延非对称双人遥操作系统的稳定控制方法，首先，建立非对称双人遥操作系统的模型；其次，设计波变量；最后，建立时延模型；本发明将速度和力信息转化为波变量后再进行传输，根据无源性理论，可以保证信道在任意定时延条件下的无源性，保证双人遥操作系统在定时延条件下的稳定性；本发明只需要将速度和力信息进行简单的算数运算即可实现波变换，易于实现。最后，本发明可以保证信道在任意定时延条件下的无源性，并且主端、从端以及环境模型都是无源，所以可以保证整个系统在任意定时延下的无源性和稳定性。

主权项

一种用于时延非对称双人遥操作系统的稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立非对称双人遥操作系统的模型；建立两个主端及从端的动力学模型：$Z_{m_1}{V}_{h_1}=F_{{\mathrm{cm}}_1}+F_{h_1}---(1-1)$$Z_{m_2}{V}_{h_2}=F_{{\mathrm{cm}}_2}+F_{h_2}---(1-2)$Z_sV_e＝F_cs‑F_e      (1‑3)其中：$F_{{\mathrm{cm}}_1}=-C_{m_1}{V}_{h_1}-C_{4m_1}{V}_{h_{1}d}+C_{6m_1}{F}_{h_1}-C_{2m_1}{F}_{h_{1}d}---(1-4)$$F_{{\mathrm{cm}}_2}=-C_{m_2}{V}_{h_2}-C_{4m_2}{V}_{h_{2}d}+C_{6m_2}{F}_{h_1}-C_{2m_2}{F}_{h_{2}d}---(1-5)$F_cs＝‑C_sV_e+C₁V_ed‑C₅F_e+C₃F_ed     (1‑6)和V_e分别表示主端1、主端2和从端的速度，和Z_s表示主端1、主端2和从端的线性动力学模型，和F_cs分别表示主端1、主端2和从端的控制力，和分别表示操作者施加给主端1和主端2的力，F_e表示环境的作用力；和V_ed分别表示主端1、主端2和从端的期望速度，和F_ed分别表示主端1、主端2和从端的期望作用力；C_s、C₁、C₅和C₃分别为不同的控制器参数；主端和从端的期望速度分别是：$\left\{\begin{array}{c}{V}_{h_{1}d}\left(t\right)={\mathrm{\α}}_1{V}_e^{d_1}\left(t\right)+(1-{\mathrm{\α}}_1)V_{h_2}^d\left(t\right)\\ V_{h_{2}d}\left(t\right)=(1-{\mathrm{\α}}_2)V_e^{d_2}\left(t\right)+{\mathrm{\α}}_2{V}_{h_1}^d\left(t\right)\\ V_{ed}\left(t\right)={\mathrm{\α}}_3{V}_{h_1}^{d_1}\left(t\right)+(1-{\mathrm{\α}}_3)V_{h_2}^{d_2}\left(t\right)\end{array}\right.---\left(1-7\right)$主端和从端的期望力分别是：$\left\{\begin{array}{c}{F}_{h_{1}d}\left(t\right)={\mathrm{\α}}_1{F}_e^{d_1}\left(t\right)+(1-{\mathrm{\α}}_1)F_{h_2}^d\left(t\right)\\ F_{h_{2}d}\left(t\right)=(1-{\mathrm{\α}}_2)F_e^{d_2}\left(t\right)+{\mathrm{\α}}_2{F}_{h_1}^d\left(t\right)\\ F_{ed}\left(t\right)={\mathrm{\α}}_3{F}_{h_1}^{d_1}\left(t\right)+(1-{\mathrm{\α}}_3)F_{h_2}^{d_2}\left(t\right)\end{array}\right.---(1-8)$其中，α₁、α₂和α₃分别表示非对称双人遥操作系统的优势因子；上标d₁、d₂、d分别表示主端1与从端之间、主端2与从端之间、主端1与主端2之间的时延大小；主端1的速度和力传输到从端的信息变为和传输到主端2的信息变为和主端2的速度和力传输到从端的信息变为和传输到主端1的信息变为和从端的速度V_e(t)和F_e(t)传输到主端1的信息变为和传输到主端2的信息变为和2)设计波变量由于共存在三个信道，每个信道都将速度和力信息传输到对方，在每个信道上利用波变量方法来保证信道的稳定性；具体步骤如下；对于每个信道设计波变量，将时域变量变为波变量进行传输；$u_m\left(t\right)=\frac{bv\left(t\right)+F^{\′}\left(t\right)}{\sqrt{2b}}---(1-9)$$v_m\left(t\right)=\frac{bv\left(t\right)-F^{\′}\left(t\right)}{\sqrt{2b}}---(1-10)$$u_s\left(t\right)=\frac{{\mathrm{bv}}^{\′}\left(t\right)+F\left(t\right)}{\sqrt{2b}}---(1-11)$$v_s\left(t\right)=\frac{{\mathrm{bv}}^{\′}\left(t\right)-F\left(t\right)}{\sqrt{2b}}---(1-12)$T表示信道传输的时延大小，u_m(t)表示左端向右传播的波变量，v(t)表示左端的速度，F′(t)表示右端传输到左端的期望力，v_m(t)表示左端向左传播的波变量，b表示波阻抗，u_s(t)表示右端向右传播的波变量，v_s(t)表示右端向左传播的波变量，v′(t)表示左端传输到右端的期望速度，F(t)表示右端的力；波变量的引入，会在保证无源性的条件性使得v′(t)跟踪v(t)，F′(t)跟踪F(t)；$u_{m_2}\left(t\right)=\frac{{\mathrm{bF}}_2\left(t\right)+v_2^{\′}\left(t\right)}{\sqrt{2b}}---(1-13)$$v_{m_2}\left(t\right)=\frac{{\mathrm{bF}}_2\left(t\right)-v_2^{\′}\left(t\right)}{\sqrt{2b}}---(1-14)$$u_{s_2}\left(t\right)=\frac{{\mathrm{bF}}_2^{\′}\left(t\right)+v_2\left(t\right)}{\sqrt{2b}}---(1-15)$$v_{s_2}\left(t\right)=\frac{{\mathrm{bF}}_2^{\′}\left(t\right)-v_2\left(t\right)}{\sqrt{2b}}---(1-16)$表示左端向右传播的波变量，F₂(t)表示左端的力，v′₂(t)表示右端传输到左端的期望速度，表示左端向左传播的波变量，表示右端向右传播的波变量，表示右端向左传播的波变量，F′₂(t)表示左端传输到右端的期望力，v₂(t)表示右端的速度；波变量的引入，会在保证稳定性的条件性使得F′₂(t)跟踪F₂(t)，v′₂(t)跟踪v₂(t)；对于主端1和主端2之间的信道，该信道的波变量设计时，T为主端1与主端2之间的时延d；v(t)为v′(t)为F(t)为F′(t)为F₂(t)为F′₂(t)为v₂(t)为v′₂(t)为对于主端1和从端之间的信道，该信道的波变量设计时，T为主端1与从端之间的时延d₁；v(t)为v′(t)为F(t)为F_e(t)，F′(t)为F₂(t)为F′₂(t)为v₂(t)为V_e(t)，v′₂(t)为对于主端2和从端之间的信道，该信道的波变量设计时，T为主端2与从端之间的时延d₂；v(t)为v′(t)为F(t)为F_e(t)，F′(t)为F₂(t)为F′₂(t)为v₂(t)为V_e(t)，v′₂(t)为3)建立时延模型波变量在时延为T的信道中传播时，按照如下的时延模型：u_s(t)＝u_m(t‑T)       (1‑17)v_m(t)＝v_s(t‑T)       (1‑18)$u_{s_2}\left(t\right)=u_{m_2}(t-T)---(1-19)$$v_{m_2}\left(t\right)=v_{s_2}(t-T)---(1-20).$