[发明专利]一种双边遥操作混合控制系统及其设计方法

摘要

一种双边遥操作混合控制系统及其设计方法，系统包括双边遥系统，双边遥系统由依次连接的操作单元、主机器人、数字控制单元、从机器人和执行单元组成，其特征在于，还包括模拟控制单元，模拟控制单元与数字控制单元并联；方法将模拟控制单元并联地连接到双边遥系统中的数字控制单元上；确定外部连续时间位移控制电路约束条件；确定最佳控制增益公式；确定主、从机器人初始位置不导致运放饱和约束条件；确定参数Gm、Gs、G1m、G2m、G1s、G2s和Fc的数值满足系统设计需要。该系统能能有效降低控制器离散化对双边遥操作系统的影响，能在保证系统稳定性的同时提高控制增益上限，能助于系统稳定性和性能的提高；该方法能设计出基于混合方法控制下的双边遥操作系统。

主权项

一种双边遥操作混合控制系统，包括双边遥系统，所述双边遥系统由依次连接的操作单元、主机器人、数字控制单元、从机器人和执行单元组成，其特征在于，还包括模拟控制单元，所述模拟控制单元与数字控制单元并联；所述模拟控制单元由依次连接的外部连续时间位移控制电路和内部电流控制电路组成；所述外部连续时间位移控制电路主要由FPAA芯片和两个作为电压放大器的运算放大器三UIA3组成，每个运算放大器三UIA3的同相输入端均通过电阻R0接地，每个运算放大器三UIA3的反相输入端和其输出端通过电阻R5连接；FPAA芯片的IOCell1脚、IOCell2脚的输入端均分别与均与主机器人位移输出电压Vm、从机器人位移输出电压Vs连接；FPAA芯片的IOCell4脚、IOCell3脚的输出端均各自通过一个电阻R4分别与两个运算放大器三UIA3的反相输出端连接；所述内部电流控制电路由两组模拟控制电路组成，每组模拟控制电路均由作为误差计算器的运算放大器四UIA4、作为PI控制器的运算放大器五UIA5、作为缓冲器的运算放大器六UIA6和作为反相放大器的运算放大器六UIA6，运算放大器四、五、六和七的正、负电源端分别接入直流电源Vss、‑Vss，运算放大器四、五和七的同相输入端分别通过电阻R18、R19和R20接地；运算放大器四UIA4的反相输入端通过一个电阻R7与运算放大器七UIA7的输出端连接，运算放大器四UIA4的反相输入端和其输出端之间通过电阻R8连接，运算放大器五UIA5的反相输入端分别通过电阻R9和R10与运算放大器四UIA4的输出端和电容C的正极连接，电容C的负极分别与运算放大器五UIA5的输出端和运算放大器六UIA6的同相输入端，电容C还与电阻R11并联，运算放大器六UIA6的反相输入端和其输出端之间连接，运算放大器六UIA6的输出端经稳压二极管分为与电阻R14和R12的一端连接，电阻R14和R12的另一端分别与地和运算放大器七UIA7的反相输入端连接，运算放大器七UIA7的反相输入端和其输出端之间通过电阻R13连接；内部电流控制电路中的两个运算放大器四UIA4的反相输入端各自通过一个电阻R7与两个运算放大器三UIA3的输出端连接；运算放大器六UIA6和电阻R12远离运算放大器七UIA7的一端分别与主机器人的驱动电机的两电源输入端连接；模拟控制电路二中运算放大器六UIA6和电阻R12远离运算放大器七UIA7的一端分别与从机器人的驱动电机的两电源输入端连接。