[发明专利]基于LS-SVM时延预测的波积分双边遥操作控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于LS-SVM时延预测的波积分双边遥操作控制方法，该方法在普通无源性波变量方法的基础之上，加入LS-SVM时延预测环节与波积分环节，使其适用于时变时延条件下的遥操作系统。属于遥操作控制技术领域。

背景技术

遥操作技术已经深入到很多领域，如航天领域、深海作业和远程医疗等，具有广泛的应用前景。力反馈双边遥操作系统，可使操作者产生临场感。针对双边遥操作系统的稳定性问题，目前已有很多研究方法，其中基于现代控制理论的控制策略已经成为双边遥操作控制系统的发展趋势。双边控制方法由于不需要对从手运动进行预测，所以适用于非结构化的未知环境，同时在双边控制系统中，操作者可以根据反馈回主端的从手与环境接触力，进而决定下一步动作。这种方法把人的智能通过通信通道投射到从端机器人上，使得机器人能够完成相对复杂的任务。

由于主从端距离较远、信号传输速度、信道带宽等因素的限制，遥操作中必然存在时延，而很小的时延就有可能导致系统的不稳定。为了处理时延问题，研究者们提出了很多的控制策略，目前，克服通信时延的双边遥操作控制方法主要有：(1)无源性理论方法；(2)基于事件控制的方法；(3)基于滑模的控制方法；(4)基于Lyapunove稳定性控制方法；(5)基于H∞理论的控制方法。在固定时延条件下的遥操作系统中，这些控制方法能够使系统具有良好的稳定性与操作性能，但在时变时延条件下，遥操作系统的稳定性与操作性能将遭到破坏。

在文献“基于无源性的双边力反馈控制算法研究”(张智庆.哈尔滨工业大学,2011.)中，Anderson和Spong基于无源性理论与散射理论而提出的波变量方法，这种方法在任何固定时延下都能保证系统的稳定性。但是，在很多时候，时延往往是时变的，例如空间遥操作、网络遥操作。针对通信时延是变化的情况，在文献“A Delay Prediction Approach for Teleoperation over the Intemet”(T.Mirfakhrai and S.Payandeh.Proc.IEEE Int.Conf.On Robotics and Automation，PP.2178-2183，2002.)中，Niemeyer和Sbtine提出了波变量积分思想，即在波变量控制中，先将波变量信号进行积分，然后传输到从端，在从端利用滤波器对积分信号进行重构，使得通信环节无源，但该方法中的时延预测方法精确性较低，导致系统操作性能较低。在文献“Bilateral Teleoperation under Time-Varying Delay using Wave Variables”(Satler M，Avizzano C.A etc.IEEE/RSJ Int.Conf on Intelligent Robots and Systems,2009:4596-4602.)中，作者对Yokokohji补偿器进行改进，使其克服了丢包问题，但同时也增加了系统的计算时间，从而降低了遥操作系统的操作性能。在文献“Bilateral Teleoperation With Time-Varying Delay:A Communication Channel Passification Approach”(Yongqiang Ye,Ya-JunPan,and Trent Hilliard.IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，18(4),2013:1431-1434.)中，作者提出了基于功率监视器(PO)和功率控制器(PC)的时域无源控制方法，这种方法克服了稳定性问题，但降低了系统的操作性能。

综上分析，在遥操作领域中，现有的双边控制方法大多只适用于固定时延条件下的遥操作系统。因此，研究适用于时变时延条件且具有高操作性能的双边遥操作控制方法是具有重大意义的。

发明内容

要解决的技术问题：

在时变时延遥操作中，现有的双边控制方法大多只适用于固定时延条件的遥操作系统。为了克服时变时延给遥操作系统稳定性及操作性带来的影响，本发明提出一种基于LS-SVM进行时延预测的波积分双边遥操作控制方法，用以解决时变时延遥操作系统的稳定性问题，并保证系统从手能够良好地跟踪主手的运动。

技术方案：

针对基于LS-SVM进行时延预测的波积分双边遥操作控制方法的设计，采取的技术方案：

1、构建遥操作系统原理框图：