劉紅云，熊　偉，居鶴華，崔平遠
北京工業大學電子信息與控制工程學院，北京

北京理工大學宇航學院深空探測技術研究所，北京

摘　　　要：針對通信時延對遙操作系統穩定性和透明性的影響，研究了一種基于雙邊自適應控制和波變量理論的控制方法。通過設計波控制器保證通信傳輸模塊的無源性，在保證系統穩定的基礎上，調節波阻抗系數來提高系統的透明性，并在時延１０ｓ的情況下進行主從端速度、位置和力的跟蹤仿真實驗，結果表明該方法和已有的雙邊自適應方法相比既能保證系統穩定且透明性好，達到較好的控制效果。

關　鍵　詞：大時延；遙操作；自適應；波變量；透明性；穩定性

１　引　言
在遙操作系統中即使通信傳輸環節存在很小的時延，都有可能使遙操作系統不穩定，于是遙操作系統存在兩個主要的目標：系統的魯棒穩定性和系統的透明性。目前國內外很多人針對通信時延對遙操作系統穩定性和透明性的影響進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，預測顯示方法，自適應方法等［１�玻保保�。早在１９８９年的時候，Ａｎｄｅｒｓｏｎ和Ｓｐｏｎｇ基于無源和散射理論的方法來補償系統的時延，保證遙操作系統的穩定性［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都能夠穩定無源控制算法［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在任意時延下穩定，并對波變量的技術的應用和發展做了全面的闡述和系統的分析，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�針對波變量系統的力反饋遙操作系統的透明性和波反射在遙操作系統中對系統的穩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）等都是利用系統的輸入和輸出以及通信傳輸環節的無源性來保證系統的穩定性。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，來設置控制器使主端的操作者能“感知” 環境力信息，達到力覺臨場的效果，實現力的透明性［６］；在遙操作系統中，力跟蹤是非常關鍵的技術，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就不同的環境情況下提出了雙邊自適應控制方法，并證明了該算法在小時延的情況下系統的穩定性和透明性，但是在大時延的情況下系統的透明性明顯惡化［４］；２００５年李林輝和李元春在ｚｈｕ和Ｓａｌｃｕｄｅａｎ的基礎上改進算法，使系統的透明性有了一定的改善［５］。本文針對大時延遙操作系統的２個主要目標，在自適應控制［４�玻担莸幕�礎上應用波變量的方法，在保證系統穩定的前提下，通過在通信模塊采用波變量的方法來設置波控制器，實現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” 環境力，從而使系統能夠在１０ｓ時延的情況下能夠穩定且具有良好的透明性。

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