１　引　言

網絡遙操作通過網絡將主從端聯系起來，操作者通過網絡遙操作系統能夠感知和操作遠端對象，從而擴展了人類的感知和操作能力。根據遙操作系統反饋信息可將其分為單邊遙操作和雙邊遙操作。在單邊遙操作系統中接觸力不反饋給主端。在雙邊遙操作系統中，從端的信息以不同的形式反饋給主端，包括聽覺、視覺和觸覺等，接觸力的反饋可以提供好的臨場感和改善任務完成性能［１，２］。雙邊遙操作系統是目前研究比較多一類遙操作系統，它主要分為二通道結構［３］、四通結構［４，５］以及三通道結構。在雙通道結構中主端位置發送到從端，從端與環境的接觸力直接發送到主端。為了確保雙邊遙操作系統主從端緊密耦合，不僅要保證從端跟蹤主端的位置速度等，還要保證主端感受到從端作用于環境的相同的力，當該條件滿足時遙操作系統是透明的，也可以說操作具有身歷其境的感覺，即臨場感。Ｆｅｒｒｅｌｌ［６，７］較早研究了帶有時延遙操作系統，并指出任務的完成時間計算方法，他還特別指出帶有時延的遙操作系統可以采用工作等待策略精確完成任務，實際上這種工作模式是工作在開環狀態下，并且工作等待策略下任務完成時間隨著延遲增加而增加，操作效率降低。１９９６年Ｆｅｒｒｅｌｌ指出在力反饋下幾十分之一秒的延遲也能造成系統不穩定。１９９３年Ｌａｗｒｅｎｃｅ［４］指出穩定性和透明性是一個相互矛盾的指標，即改進其中一個必然降低另一個指標。時延的存在不僅影響系統的透明性也影響閉環系統的穩定性。遙操作系統穩定性研究主要包括無源和散射理論、以及波變量理論，通過變換將具有時間延遲的數據傳輸通道變換為無源系統，從而可以保證系統在任意固定時延下穩定，但系統的透明性變差。基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網絡遙操作從九十年代以后迅速出現和發展［８，９］，網絡遙操作的隨機時延、數據丟包等給遙操作帶來新的問題和挑戰。為了對網絡遙操作系統中隨機時延進行補償，研究者提出了回歸模型、線性、非線性時間序列分析、以及多元稀疏回歸方法［１０－１２］等。Ｌｏｚａｎｏ研究了變時延的雙邊網絡遙操作系統控制方法［１３］。Ｆｏｒｏｕｚａｎｔａｂａｒａ［１，１４］采用波變量法和傅里葉變換方法給出了非對稱固定時延情況下穩定性。ＹｏｎｇｑｉａｎｇＹｅ［１５］為了改善系統性能提出新的補償預測方法。Ｃｈｏｐｒａ和Ｓｐｏｎｇ在散射理論的基礎之上，提出額外的位置控制信息從而改善系統的位置跟蹤和力跟蹤能力。Ｌｅｅ和Ｓｐｏｎｇ［１６］引入ＰＤ控制器來提高系統性能，并采用積分變換的類李亞普諾夫方法證明了在一定的條件下，雙向不對稱固定有界時延的網絡遙操作系統的穩定性。Ｆｏｒｏｕｚａｎｔａｂａｒ［１，１４］采用ＰＩＤ控制器擴展了Ｌｅｅ和Ｓｐｏｎｇ的方法。Ｇａｎｊｅｆａｒ， Ｍｕｎｉｒ等［１７，１８］為了改善基于擴張波變量雙邊遙操作系統性能，提出基于Ｓｍｉｔｈ預估器方法來降低網絡時延對系統性能的影響。Ｎａｔｏｒｉ［１９］提出時延補償算法不依賴于參考模型。２０１０年ＹｕＫａｎｇ等［２０］通過線性矩陣不等式方法給出了一個穩定的隨機時變網絡雙邊遙操作系統。２０１２年ＪｉａＹｕｎＹｉ［２１］提出基于事件參考方法設計了隨機時延下多機器人控制。從前文描述可知早期穩定性都針對固定時延情況，主要是

采用時延估計補償策略以提高網絡遙操作系統性能，對于時變時延［１３］、隨機時變時延［２０］、非時間系統［２１］等研究者都做了研究。而基于無源理論隨機時延時延穩定性研究較少，因此本文首先簡單回顧無源和波變量理論，然后提出直接無源散射變換方法，設計穩定的無源隨機時變時延的雙邊遙操作控制方案，該方法是無源理論和波變量雙邊控制律向更一般化形式的推廣，接著設計了虛擬主從手雙邊網絡移動機器人遙操作控制方案，較后并進行了仿真驗證。

圖１　遙操作系統雙端口網絡模型