[发明专利]一种改进波变量的遥操作双边控制方法

摘要

本发明公开了一种改进波变量的遥操作双边控制方法。在传统波变量双边控制方法的基础上，本发明通过建立主从端动力学模型，改进通信通道结构，在保证系统稳定性的同时，大幅度提升了系统的透明性。针对传统波变量双边控制方法存在的波反射现象，本发明提出了两个可以根据不同需求独立选择的参数，简化了结构，减轻了波反射对系统透明性的影响，保证遥操作过程中的位置跟踪性能和力反馈的逼真度。本发明能够很好地保证遥操作系统在时延条件下的稳定性，同时提升从端的位置跟踪性能和力反馈的逼真度。本发明所公开的遥操作双边控制方法易于实现和应用，主要可以用于遥操作系统的双边控制，保证系统的稳定性和透明性。

主权项

1.一种改进波变量的遥操作双边控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：建立双边遥操作系统的动力学模型；第二步：引入改进波变量的计算方法，设计系统通信通道稳定控制器；第三步：匹配改进波变量的透明性系数，提升从端的位置跟踪性能和力反馈的逼真度；在第一步中，建立的动力学模型为：主端的动力学模型：从端的动力学模型：外界环境力模型：从端控制器的控制力：其中，M_m和M_s表示主从端的质量，F_h是操作者作用于主端的力，F_m是从端给主端的反馈力，F_e是从端受到的外界环境力，F_s是从端控制器的控制力，x_m和x_s分别是主端和从端的实际位移，对其微分，即主从端的实际速度，是主端传输给从端的期望速度，P和D是从端控制器的比例及积分系数，Z_e是环境阻抗系数；在第二步中，设计系统通信通道稳定控制器的具体是：在信号传输过程中，采用改进波变量进行传输，在时域内的改进波变换公式如下：v_s(t)＝F_s(t) (6)其中，b是波阻抗系数，K是波变换第二系数，u_m(t)是主端的前向波变量，u_s(t)是从端的前向波变量，v_m(t)是主端的反向波变量，v_s(t)是从端的反向波变量；遥操作系统的时延模型如下：u_s(t)＝u_m(t‑T) (9)v_m(t)＝v_s(t‑T) (10)因此，该系统的混合矩阵H(s)如下：系统的散射算子定义为：当波变换系数b∈(0，+∞)，K∈(0，1]时，散射算子的范数小于1，遥操作系统是稳定的；在第三步中，匹配改进波变量的透明性系数具体是：引入改进波变换计算方法后，遥操作系统速度传递方程和力反馈方程如下：当波阻抗b足够大，使并在满足K∈(0，1]时设计波变换第二系数K，使系统在遥操作过程中的位置跟踪性能和力反馈的逼真度能够同时保证，系统的透明性有大幅度提升。