[发明专利]一种基于自适应Smith预估器的遥操作双边PID控制方法

摘要

本发明公开了一种基于自适应Smith预估器的遥操作双边PID控制方法。首先建立双边控制系统在大时延下的名义动力学模型；提出自适应Smith预估控制方法及其结构，将传统的模型参考自适应控制中的被控过程与参考模型对换，使得Smith预估器的参数可以自适应校正；然后利用李雅普诺夫能量函数法设计多参数可调的自适应调节律；其次在从端控制器中加入低通滤波器，并选取合适参数，消除关节高频信号的干扰。与其他控制方法相比，本发明所提出的控制方法可以在大时延且具有系统建模误差的情况下保持遥操作系统稳定，并且具有良好的跟踪性能。

主权项

一种基于自适应Smith预估器的遥操作双边PID控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：建立双边控制系统在大时延下的名义动力学模型：考虑单自由度主从端结构，并等效为质量‑阻尼系统，其动力学模型如下所示：mmx··m(t)+bmx·m(t)=um(t)+fh(t)---(1)]]>msx··s(t)+bsx·s(t)=us(t)-fe(t)---(2)]]>上式中，xi为末端位置，mi为质量，bi为黏性系数，ui为控制输入，i＝m,s分别代表主端和从端，fh为操作者施加给主手的力，fe为从端所受环境的作用力；考虑到时延的影响，假设前向通道和反向通道的时延都为T，并根据遥操作系统结构和任务的不同，添加位置和力的比例缩放因素，则有：xsd(t)＝kpxm(t‑T)   (3)fmd(t)＝kffs(t‑T)   (4)式中，kp、kf分别为位置和力的缩放因子，xsd为从手跟随的目标位置，fmd为主端接收到的反馈力，xm(t‑T)为经过时延T之后传递到从端的主手位置，fs(t‑T)为经过时延T之后传递到主端的从端反馈力；第二步：提出自适应Smith预估控制方法及其结构，将传统的模型参考自适应控制中的被控过程与参考模型对换，使得Smith预估器的参数可以自适应校正；第三步：利用李雅普诺夫能量函数法设计多参数可调的自适应调节律；第四步：在从端控制器中加入低通滤波器，并选取合适参数，消除关节高频信号的干扰。