基于模型的时延网络控制系统的研究

针对网络存在时延情况,研究了一种基于模型控制器的网络控制系统的稳定性条件.利用被控对象的信息,网络控制系统尽可能减少传输的数据量以适应网络带宽的需求.给出了在这种网络时延条件下,系统稳定时更新时间h与网络时延τ所应满足的充分必要条件.通过Matlab的仿真实验,表明了该结论的正确性和有效性.     

基于事件预测的遥操作机器人系统的性能分析

Internet的时变时延及数据丢包严重影响了互联网遥操作机器人系统的操作性能,甚至造成了系统不稳定.为降低时变时延对遥操作机器人系统性能的影响,文中基于具可变滑动窗口的稀疏多元线性回归算法提出了单步时延预测算法,并在此基础上设计了基于事件预测的网络遥操作机器人系统.该系统在主端加入基于时延预测的离散路径管理器,它通过求解超前的优化函数,在线产生一个合适的预测路径的事件参数,从而提高跟踪性能和环境适应能力以应付突发事件的发生.根据Lyapunov稳定性定理,文中还推导得到了该系统的稳定性条件.本地实验和跨地区的遥操作机器人实验结果表明,文中方法能有效解决时变时延以及网络数据丢包引起的稳定性问题和性能下降问题.     

预测控制理论在网络时延补偿策略中的应用

针对网络控制系统(NCS)中的时延问题,在分析网络时延特性的基础上,对系统采用预测控制策略进行时延补偿,该策略用易于测量的网络往返时延代替不易单独测量的前向时延和后向时延,并用MATLAB/TrueTime仿真工具箱对实际系统进行了仿真实验研究.仿真结果表明该策略能保证网络控制系统的良好性能.     

一类网络控制系统的补偿策略

研究了一类网络控制系统的时延补偿问题.由于系统的状态无法直接量测,因此本文针对短时延和长时延两种情况分别设计了状态观测器,所设计的观测器均满足分离原理.分析了系统的稳定性,在此基础上给出了这类网络控制系统输出反馈控制器设计的方法.仿真试验表明,所提补偿方案能够有效地补偿时延对系统性能的影响,且具有较高的补偿精度.     

基于模型的网络控制系统稳定性研究

针对网络存在时延和网络控制系统被控制对象无法直接测量这两种情况,提出了使用基于观测器的对象模型的网络结构,在此基础上研究了系统的稳定性.通过仿真实验,表明了稳定性条件的正确性与有效性,采用此结构系统具有很强的鲁棒性.     

离散时间系统网络拥塞控制算法的稳定性

研究了基于队列长度的离散时间Internet拥塞控制算法.把时延Internet拥塞控制算法看作是一个复杂的动态非线性反馈系统,通过对离散时间系统的网络拥塞控制算法进行分析,得到了各通信回路时延不同条件下离散时间网络系统在平衡点的渐近稳定性判据.最后,通过仿真说明了结论的有效性和实用性.     

网络控制系统多时延模型及切换策略研究

针对一类具有时变时延的网络化控制系统,为有效减少网络诱导时延对系统的影响,提出了一种网络控制系统多时延模型,基于切换系统理论提出了切换控制策略,并运用李雅普诺夫稳定判据分析了切换策略的稳定性;仿真结果表明:多时延切换模型能取得良好的暂态性能和稳态性能,具有很好的实时性.     

网络化时延补偿策略及其在三容系统中的应用

网络诱导时延在网络控制系统中是不可避免的,并且对控制系统性能有非常重要的影响.为了解决网络化控制系统的时延问题,研究了具有时变传输时延的网络化控制系统的稳定性问题.时变的时延可以看作是平均时延和不确定时延之和.具有长时延的网络控制系统可以建模为具有结构不确定性的离散时间模型.基于这个模型,通过求解一个迭代linear matrix inequality,给出了使闭环系统稳定的控制器.通过对三容系统的仿真研究,证实了所提方案的有效性.     

力觉临场感系统在时延下新的无源控制算法

通讯时延影响了力觉临场感系统的运行性能和稳定性。本文利用无源Ｎ端口网络的理论，分析了时延对力觉临场感系统的影响，提出了一套评价系统运行性能的计算方法，并以此为基础，给出了一种新的无源控制算法，既保证了系统的稳定性，又使得系统的运行性能最优。     

存储速率低于链路速率的重端口交换机稳定性分析

讨论了当存储器速率低于链路速率时重端口交换机的稳定性,通过理论分析证明:当端口重数为d(d>2)时,存储器工作于2/d的链路速率下,重端口交换机在任何满足强大数律的流量下均是稳定的;且获得这种稳定性只需使用极大匹配调度算法.仿真结果表明这种重端口交换机的性能堪与OQ交换机媲美.     

时延下遥微操作机器人系统滑模变结构控制研究

针对遥微操作机器人系统在实际远程手术应用中存在时延而易导致系统不稳定且难以控制的问题,通过系统动力学建模和时延下系统理想性能的定义,设计了一种保持系统稳定和良好操作性能的新型控制方案.在该方案中主机械手采用基于期望特性的阻抗控制而从机械手采用基于指数趋近律的滑模变结构控制策略.仿真实验结果表明了该方案的有效性和鲁棒性,系统能在时延下较好地实现位置比例跟踪和力比例跟踪.     

基于主端力缓冲的波变量4通道双边控制方法研究

针对同步性能会直接影响遥操作双边控制系统的透明性和跟踪性的问题,提出了一种基于主端力缓冲的波变量4通道双边控制方法.首先,给出了一种定时延条件下力反馈双边控制系统同步性的定量度量函数;其次,在波变量4通道双边控制结构中,设计了异构形式的主从端控制器,通过在主端控制器添加力缓冲单元和补偿单元来实现主从端同步控制,消除了波变换方法对主端控制器超前作用的影响;在此基础上,采用多回路反馈结构稳定性分析方法对提出的方法进行稳定性分析,并得到系统稳定的约束条件.最后通过仿真和搭建的实验平台验证了所提方法的有效性.      

交互式遥操作机器人实验平台设计及其应用

实验平台由主机械手、从机器人、远程视频监控和虚拟从手4个子系统组成,其中主手为自行研制的HC01异构式力反馈手控器,从手为日本安川公司的MOTOMANSV3X型6自由度工业机器人.在此平台上可以进行通信时延、遥操作工作模式、临场感技术、虚拟现实技术和交互技术等方面的研究.最后,以预见显示模式为例,进一步说明了实验平台的用途和用法.实验表明,在30 s大时延情况下,预见显示模式时主手可以成功控制从手完成物体的抓取、移动和放置等操作.     

力觉临场感系统中的时延环节

利用力觉临场感遥控系统中传输环节的混合参数矩阵，证明了时延对整个系统的影响，描述了２种改善或消除时延影响的方法。针对实际系统进行了分析，得出了增大主操作器阻尼会增加稳定性，而增大从操作器阻尼会增加不稳定性的结论。     

基于Internet实时遥操作移动机器人

构建了能使操作者通过Internet远程实时控制的移动机器人系统。为了补偿网络时延和抵消其对遥操作系统的影响,基于我们以前提出的改进型Smith预估器原理,给出了预估控制策略。为了保证系统稳定性和透明性,基于主从端的传感器信息交换,设计了一个动态模型管理器,并给出了同步管理算法。除了力反馈外,为了增强系统控制的实时性,引入了预估的虚拟显示。为了降低时延抖动,提出了新的网络时延管理算法,并分析了时延缓冲器原理。最后长距离的网络遥操作实验验证了系统和控制策略的实用性和有效性。     

机械手的神经网络直接离散时间自适应控制算法

提出了一种机械手的神经网络直接离散时间自适应控制算法。该算法是神经网络方法和自适应动态滑动模控制方法的集成。自适应动态滑动模控制的作用有两个：其一是在神经网络控制失灵的情形下提供控制系统的全局稳定性；其二是改善系统的跟随性能。整个系统的全局稳定性和跟随误差的收敛性采用李雅普诺夫稳定性理论进行了证明，并得到了一种新颖的神经网络权值调整算法。     

主-从机器人双向伺服控制方法研究

设计了液压伺服主、从机器手,并对力觉双向伺服控制算法进行了研究与实验.由于零开口对称伺服阀的结构特点使得主机器手控制力不能直接驱动本身执行器,而需要主机器手控制力信息通过控制器来间接驱动,这一过程必然影响控制系统的响应速度.通过采用主、从机器手的力偏差信号控制从机器手,用主-从机器手的位置偏差信号控制主机器手的力觉反馈.这种新控制策略改变了从机器手跟随主机器手,主机器手感受从机器手力的常规控制模式,提高了主-从控制系统的响应速度,并可根据主机器手对从机器手的跟随来判断从机器手是否出现干涉等,对力感觉机器人双向控制理论研究与实践有一定的借鉴作用.     

多输入多输出非线性时变时延系统的自适应跟踪控制

针对多输入多输出非线性时变时延系统,提出了一种模糊自适应跟踪控制方案,该方案构建了基于模糊T-S模型的自适应时变时延模糊逻辑系统,用来逼近未知非线性时变时延函数,从而实现了对非线性系统的建模.根据跟踪误差给出了模糊逻辑系统的参数自适应律,设计了H..补偿器来抵消模糊逼近误差和外部扰动.基于Lyapunov稳定性理论,提出的控制方案保证了闭环系统的稳定性并获得了期望的H..跟踪性能,机械臂的仿真结果表明了该方案的有效性.     

遥操作机器人系统的预测控制

遥操作机器人系统传输通道中存在通讯时延，造成系统不稳定和操作性能降低等问题．为了消除或减少时延的影响，利用前向神经网络建立环境模型，通过神经网络模型预测从机械手受力，并用时间前向观测器预测从机械手状态；然后用力、位置和速度反馈对系统进行设计，使得系统在环境模型未知的条件下稳定，还能获得良好的透明性；最后，将预测方法与无源控制方法进行切换，保证系统在环境剧变时的稳定性．实验结果表明了该方法的有效性．     

自动更换工具主/从遥控机械手系统的研究

介绍了能有效提高机械手的作业能力的ＨＵＳＴ８Ｆ主／从遥控机械手系统，它由具有自动更换工具功能作业机械手、工具、工具库、主操作手和微机控制系统组成．还介绍了实现机械手与工具自动更换的关键部件——对接装置的工作原理．在控制系统中引进了监控方式，有助于进一步提高作业效率、减轻操作人员的疲劳程度