[发明专利]一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法

说明书

本发明属于机械臂动力学领域，涉及一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法，建立离散时间远程操控双边控制系统，对于预定的状态边界，结合状态偏差的值特征，设计控制律的切换信号，设计离散时间双边控制律。本发明实现状态有界的双边控制方法在计算机系统中的直接应用，保证双边同步的同时，通过参数的合理选取还能确保系统的稳定精度。

技术领域

本发明属于机械臂动力学领域，涉及一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法。

背景技术

远程操控技术能够支持机器人在人类难以涉足的危险或者跨域情景下实现人类行为在时空上的迁移，如可在水下、有毒、有核及空间环境下执行对任务目标的接管和操控等动作。考虑到远程操控中主端和从端操作的同步问题，需要设计高同步的有限状态控制方法，一方面提升远程操控的同步精度，一方面保证从端操作的可靠性。当前普遍采用的方法有涉及状态有界，然而没有适用于实际物理系统的离散时间方法，无法有效化解采样时间对控制效果的影响，继而降低了双边控制精度。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法使用该方法实现状态有界的双边控制方法在计算机系统中的直接应用，保证双边同步的同时，通过参数的合理选取还能确保系统的稳定精度。

技术方案

一种面向远程操控的离散时间变边界双边控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：离散时间远程操控双边控制系统：

其中，下标m和s分别指代远程操控的主端和从端机械臂，为了方便说明，用i＝m，s说明后续变量，k表示采样时刻，表示关节交向量，表示正定惯量矩阵，表示科氏力矩阵，是未知但有界的外部扰动，表示人类操作人员的输入力，表示环境力，表示机械臂输出的力矩；

将双边控制模型进行转换，获得如下的差分表达式：

q_i(k+1)＝q_i(k)+δΔq_i(k)

Δq_i(k+1)＝Δq_i(k)+δf_i(k)+δg_i(k)u_i(k)+δd_i(k)

其中δ表示离散时间系统的采样间隔，对应双边控制模型，获得：

d_i(k)＝-B_i(Δq_i(k))

其中，F_i(k)依情况，分别对应环境力与操作人员的输入；

步骤2：对于预定的状态边界，结合状态偏差的值特征，设计控制律的切换信号：

同步误差：

其中，主端误差为e_m(k)，从端误差为e_s(k)，T_m和T_s分别表示主端和从端的延迟时间相对于采样间隔的倍率。双边机械臂的关节角限制为其中q_ij(k)表示主端或者从端机械臂的第j个关节角的角位置，γ_ij(k)关节角变化的下界，关节角变化的上界；

定义各个关节角的期望角位置同样满足

定义两个正数变量，满足

定义双边同步误差

定义切换信号