[发明专利]一种用于变优势因子双人遥操作的波变量求取方法

摘要

本发明公开了一种用于变优势因子双人遥操作的波变量求取方法，通过建立变优势因子双人遥操作的主端、从端动力学模型，然后设计待传输的主端变量，再选择波变量和建立通信模型，最终获得波变量；本发明对多个主端的位置信息进行融合，再进行波变量转换，所需传递的波变量信息较少。与传统的将两个主端的位置信息通过各自的通道传输的方法相比，本发明只需要一个通道传输波变量信息。此外，本发明针对遥操作中普遍存在的时延问题，可以很好的保证其无源性。本发明中采用的波变量方法，通过时延在遥操作系统内部中暂时存储能量，从而可以保证遥操作系统无源性，使遥操作系统具有稳定性。

主权项

一种用于变优势因子双人遥操作的波变量求取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立变优势因子双人遥操作的主端、从端动力学模型：对于主端，动力学模型为：$M_{m_1}{\stackrel{\·\·}{x}}_{m_1}+B_{m_1}{\stackrel{\·}{x}}_{m_1}+K_{m_1}{x}_{m_1}=F_{h_1}-F_{h_{1}d}---(1-1)$$M_{m_2}{\stackrel{\·\·}{x}}_{m_2}+B_{m_2}{\stackrel{\·}{x}}_{m_2}+K_{m_2}{x}_{m_2}=F_{h_2}-F_{h_{2}d}---(1-2)$对于从端，动力学模型为：$M_s{\stackrel{\·\·}{x}}_s+B_s{\stackrel{\·}{x}}_s+K_s{x}_s=F_{cs}-F_e---(1-3)$其中，x表示位置；M、B、K分别表示质量、阻尼、倔强系数；F_cm表示主端控制器产生的控制力；F_cs表示从端控制器产生的控制力；F_h表示手施加给主端的力；F_e表示从端施加给环境的力；下标m₁表示主端1，下标m₂表示主端2，下标s表示从端；期望的主端和从端之间力的关系是：$\left\{\begin{array}{c}{F}_{h_{1}d}={\mathrm{\α}}_1{F}_e+(1-{\mathrm{\α}}_1)F_{h_2}\\ F_{h_{2}d}={\mathrm{\α}}_2{F}_e+(1-{\mathrm{\α}}_2)F_{h_1}\end{array}\right.---(1-4)$表示主端1期望受到的反馈力，表示主端2期望受到的反馈力；α₁、和α₂分别表示双人共享控制中的优势因子；期望的主端和从端之间位置的关系是：$x_{sd}={\mathrm{\α}}_3{x}_{m_1}+(1-{\mathrm{\α}}_3)x_{m_2}---(1-5)$其中，x_sd表示从端的期望位移；α₃表示双人共享控制中的优势因子；从端控制器产生的控制力是：$F_{cs}=Z_{cs}({\stackrel{\·}{x}}_s-{\stackrel{\·}{x}}_{sd})---(1-6)$其中，Z_cs是控制阻抗，表示从端的期望速度，F_cs表示从端控制器产生的控制力；2)设计待传输的主端变量在双人遥操作中，需要将主端的速度和力信息传递到从端，而把从端的速度和力信息传递到主端；当优势因子α₃是时变参数时，需要将主端的α₃融合入主端位置信息中，再向从端传输；而由于两个主端之间位置靠近，故先在主端进行位置信息融合和变量代换，设计变量δ：$\mathrm{\δ}={\mathrm{\α}}_3{x}_{m_1}+(1-{\mathrm{\α}}_3)x_{m_2}---(1-7)$其中，δ为主端1和主端2向从端传递的期望位置信息，选取进行波变量转换，此时表示向从端传递的期望速度信息，其计算方式如下：$\stackrel{\·}{\mathrm{\δ}}={\stackrel{\·}{\mathrm{\α}}}_3{x}_{m_1}+{\mathrm{\α}}_3{\stackrel{\·}{x}}_{m_1}-{\stackrel{\·}{\mathrm{\α}}}_3{x}_{m_2}+(1-{\mathrm{\α}}_3){\stackrel{\·}{x}}_{m_2}---(1-8)$将作为需转换的变量进行波变量转换；3)选择波变量和建立通信模型波变量的选择如下：$\left\{\begin{array}{c}{v}_m=\frac{b\stackrel{\·}{\mathrm{\δ}}-f_m}{\sqrt{2b}}\\ u_m=\frac{b\stackrel{\·}{\mathrm{\δ}}+f_m}{\sqrt{2b}}\\ u_s=\frac{b{\stackrel{\·}{x}}_{sd}+f_e}{\sqrt{2b}}\\ v_s=\frac{b{\stackrel{\·}{x}}_{sd}-f_e}{\sqrt{2b}}\end{array}\right.---(1-9)$其中，u_m、u_s、v_s和v_m为主端与从端之间传输的波变量；f_m为在主端通过波变量解算获得的从端传输的力信息；f_e为从端的环境力反馈信息；为在从端通过波变量解算获得的主端传输的速度信息；波变量在信道中传输时会遇到的通信时延，由以下通信模型进行表示：$\left\{\begin{array}{c}{u}_s\left(t\right)=u_m(t-T_1)\\ v_m\left(t\right)=v_s(t-T_2)\end{array}\right.---(1-10)$其中，T表示主端与从端之间的通信时延；4)波变量的具体实现通过波变量反解速度与力信息的方式如下：${\stackrel{\·}{x}}_{sd}=\sqrt{\frac{2}{b}}{u}_s-\frac{1}{b}{f}_e---(1-11)$$f_m=b\stackrel{\·}{\mathrm{\δ}}-\sqrt{2b}{v}_m---(1-12)$利用微分器将求出后，通过计算得出之后根据得出u_m；将u_m通过信道传输到达从端，成为u_s，再在从端利用(1‑11)解算出期望速度信息从端利用(1‑9)得出v_s，之后将v_s通过信道传输到达主端，成为v_m，再在主端利用(1‑12)解算出力信息f_m；主端与从端之间有一个通信信道，传输u_m、u_s、v_s和v_m，其中u_m和u_s为主端向从端传输的波变量；v_s和v_m为从端向主端传输的波变量；b为波阻抗，是正常数或对称正定矩阵。