劉紅云，熊　偉，居鶴華，崔平遠(yuǎn)
北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院，北京

北京理工大學(xué)宇航學(xué)院深空探測技術(shù)研究所，北京

摘　　　要：針對通信時延對遙操作系統(tǒng)穩(wěn)定性和透明性的影響，研究了一種基于雙邊自適應(yīng)控制和波變量理論的控制方法。通過設(shè)計波控制器保證通信傳輸模塊的無源性，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)波阻抗系數(shù)來提高系統(tǒng)的透明性，并在時延１０ｓ的情況下進(jìn)行主從端速度、位置和力的跟蹤仿真實驗，結(jié)果表明該方法和已有的雙邊自適應(yīng)方法相比既能保證系統(tǒng)穩(wěn)定且透明性好，達(dá)到較好的控制效果。

關(guān)　鍵　詞：大時延；遙操作；自適應(yīng)；波變量；透明性；穩(wěn)定性

１　引　言
在遙操作系統(tǒng)中即使通信傳輸環(huán)節(jié)存在很小的時延，都有可能使遙操作系統(tǒng)不穩(wěn)定，于是遙操作系統(tǒng)存在兩個主要的目標(biāo)：系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性和系統(tǒng)的透明性。目前國內(nèi)外很多人針對通信時延對遙操作系統(tǒng)穩(wěn)定性和透明性的影響進(jìn)行了大量的研究工作，提出了不同的控制方法，主要有波變量方法，力反饋方法，預(yù)測顯示方法，自適應(yīng)方法等［１�玻保保荨Ｔ缭冢保梗福鼓甑臅r候，Ａｎｄｅｒｓｏｎ和Ｓｐｏｎｇ基于無源和散射理論的方法來補(bǔ)償系統(tǒng)的時延，保證遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性［２］；１９９１年，Ｎｉｅｍｅｙｅｒ和Ｓｌｏｔｉｎｅ從能量的角度基于無源理論，提出了波變量的概念，并通過波變量的方法提出了一種能夠保證在任意時延下系統(tǒng)都能夠穩(wěn)定無源控制算法［３］，２００７年張永林和宋愛國針對時延遙操作系統(tǒng)的控制的波變量法［２１］，是基于無源性理論的波變量法來保證遙操作系統(tǒng)在任意時延下穩(wěn)定，并對波變量的技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展做了全面的闡述和系統(tǒng)的分析，指出了其未來的研究方向以及２００８年張永林和宋愛國就廣義波變量遙操作系統(tǒng)的透明性分析做了一系列的研究［２２�玻玻常荩�針對波變量系統(tǒng)的力反饋遙操作系統(tǒng)的透明性和波反射在遙操作系統(tǒng)中對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和透明性的影響做了深入的研究；隨后Ｌｅｅ和Ｓｐｏｎｇ（２００６），Ｌｏｚａｎｏ，Ｃｈｏｐｒａ，Ｓｐｏｎｇ（２００２），Ｍｕｎｉｒ和Ｂｏｏｋ（２００２），Ｒｙｕ，Ｋｗｏｎ和Ｈａｎｎａｆｏｒｄ（２００４），ｓｔｒａｍｉｇｉｏｌｉ，Ｓｃｈａｆｔ，Ｍａｓｃｈｋｅ和Ｍｅｌｃｈｉｏｒｒｉ（２００２）及Ｔａｎｎｅｒ和Ｎｉｅ�玻恚澹�ｅｒ（２００５）等都是利用系統(tǒng)的輸入和輸出以及通信傳輸環(huán)節(jié)的無源性來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。１９９２年，Ｗ�保营保耄椋淼热死�用力反射和共享柔順控制的方法，來設(shè)置控制器使主端的操作者能“感知” 環(huán)境力信息，達(dá)到力覺臨場的效果，實現(xiàn)力的透明性［６］；在遙操作系統(tǒng)中，力跟蹤是非常關(guān)鍵的技術(shù)，力跟蹤的效果不僅僅依賴自身，而且還影響到位置的跟蹤效果，一旦從端的機(jī)器人不能夠精確地把從端的力信息反饋到主端，這樣從端的力就不可控，這對于系統(tǒng)很危險，因此提出了力反饋控制算法［７�玻梗荨＃玻埃埃澳辏�ｈｕ和Ｓａｌｃｕｄｅａｎ就不同的環(huán)境情況下提出了雙邊自適應(yīng)控制方法，并證明了該算法在小時延的情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定性和透明性，但是在大時延的情況下系統(tǒng)的透明性明顯惡化［４］；２００５年李林輝和李元春在ｚｈｕ和Ｓａｌｃｕｄｅａｎ的基礎(chǔ)上改進(jìn)算法，使系統(tǒng)的透明性有了一定的改善［５］。本文針對大時延遙操作系統(tǒng)的２個主要目標(biāo)，在自適應(yīng)控制［４�玻担莸幕�礎(chǔ)上應(yīng)用波變量的方法，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，通過在通信模塊采用波變量的方法來設(shè)置波控制器，實現(xiàn)通信傳輸模塊不存儲能量和無源。保證從端的力信息能夠反饋到主端，使主端能夠真正的“感知” 環(huán)境力，從而使系統(tǒng)能夠在１０ｓ時延的情況下能夠穩(wěn)定且具有良好的透明性。

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