基于Internet的实时遥操作移动机器人系统

为抵消网络可变时延对遥操作系统的影响,基于一种新的改进型Smith预估器,构建了预估控制下的网络实时遥操作移动机器人系统.该系统根据主、从端传感器交换的信息,通过动态模型管理器及其算法,保证了主、从端模型的一致性.文中根据端到端数据包多个到达的特性,提出了新的时延缓冲器管理算法,从而更好地将可变时延转化为常时延.为了增强系统控制的实时性,系统中还引入了模型的虚拟显示.长距离的网络遥操作实验验证了文中系统和控制策略的实用性及有效性.     

网络遥操作非线性离散系统的预估计算法

提出一种具有自适应功能的预估计算法来降低时延和丢包对网络遥操作系统性能的影响,本算法利用采样时间、时延时间和数据通过网络传输后变化的规律建立,分析并给出了这种非线性离散系统的稳定性条件．通过仿真实验,验证了该方法能有效地降低时变时延和丢包的影响,也减少了此类问题对系统数据的影响,同时提高了系统的透明度．     

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.     

时滞网络预测PI控制算法鲁棒稳定性分析

针对网络中存在的时滞给主动队列管理算法性能带来的不利影响,将Smith预估补偿器与达林算法相结合,提出了一种预测PI控制算法,既利用Smith预估器克服了大时滞给系统性能带来的影响,也减少了控制器参数整定数量.利用控制理论分析了该算法中Smith预估模型与实际对象模型分别存在增益、时间常数和时延失配情况下系统的鲁棒稳定性,并分别给出了保持系统稳定的失配参数条件.理论分析表明,通过适当选择期望闭环传递函数时间常数和预估模型参数,可以使系统获得较强鲁棒性和较快响应速度.仿真试验验证了理论分析的正确性.     

时延下比率遥操作系统稳定性与性能折衷策略

通过系统动力学和二端口网络建模,采用通用控制结构,定义了时延下比率遥操作系统的理想性能,得出了实现理想性能的主从系统控制参数必须满足的约束条件.基于莱威林二端口网络绝对稳定性准则,在实现理想性能的策略基础上调节主从系统阻抗,导出了在操作者和环境无源条件下使用三通道结构实现时延比率系统的绝对稳定性与保持性能折衷的控制策略.通过仿真提出了用变阻尼来增强系统性能的改进方法.仿真结果表明了本策略的有效性.     

时延力觉临场感遥操作机器人系统预测控制研究

通讯时延是造成力觉临场感遥操作机器人系统不稳定和操作性能下降的关键因素 ,针对时延问题 ,提出了一种适用于时延力觉临场感遥操作机器人系统的广义预测控制方法 ,该方法通过预测控制器产成实时的预测力反馈以消除时延的影响 .此外 ,为使该方法应用于遥操作机器人未知环境作业 ,本文采用AUDI辨识算法对环境模型进行辨识 .构造实验系统 ,通过实验验证了该方法的有效性 .     

一种NPCCS的时延补偿与控制方法

针对网络时延的存在影响系统稳定性的问题,提出一种基于新型内模控制和Smith预估控制的NPCCS时延补偿与控制方法.以真实网络数据传输过程代替其间网络时延预估补偿模型,在满足被控对象预估模型等于其真实模型的情况下,可实现对网络时延的动态补偿与控制.仿真结果表明,系统具有良好的跟踪性能,较强的鲁棒性和抗干扰能力.     

基于动态递归神经网络的动态矩阵控制

给出了利用动态递归神经网络 (DRNN)重构一个非线性动态过程的方法 ,对权值调整算法进行了推导。采用的动态递归神经网络具有非线性系统状态观测器的结构特征 ,容易实现并进行稳定性分析。利用训练好的网络作为预估模型 ,设计了基于DRNN的动态矩阵控制算法。仿真结果表明了权值调整算法和控制策略的有效性     

时延力觉临场感遥操作机器人系统预测控制研究

通讯时延是造成力觉临场感遥操作机器人系统不稳定和操作性能下降的关键因素，针对时延问题，提出了一种适用于时延力觉临场感遥操作机器人系统的广义预测控制方法，该方法通过预测控制器产成实时的预测力反馈以消除时延的影响．此外，为使该方法应用于遥操作机器人未知环境作业，本采用AUDI辨识算法对环境模型进行辨识．构造实验系统，通过实验验证了该方法的有效性．     

基于动态递归神经网络的动态矩阵控制

给出了劝态递归神经网络（DRNN）重构一个非线性动态过程的方法,对权值调整算法进行了推导。采用的动态递归神经网络具有非线性系统状态观测器的结构特征,容易实现并进行稳定性分析,利用训练好的网络作为预估模型,设计了基于DRNN的动态矩阵控制算法,仿真结果表明了权值调整算法和控制策略的有效性。     

电力系统中基于SDH的时间同步系统研究

针对电力系统中的时间同步问题,提出一种基于SDH的时间同步系统设计方案。通过对比目前常用的时间同步系统方案,选择电力系统中最成熟的SDH网络作为时间同步系统的媒介,提出一种时隙校准时间同步算法(TSA),并给出具体的设计方案。该算法中,主从设备在SDH的E1某个时隙bit位发送时间信息,并记录传输延时,从设备利用主设备提供的延时信息得到通道延时差,然后利用延时差校准从设备的时间,实现时间精确同步。通过理论分析,该算法可以达到ns级的时间同步精度。     

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.     

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.      

直流电机同步控制系统设计

采用AVR单片机作为系统的控制核心,用带有转速信号输出的直流电机作为受控电机,形成闭环控制,实时地对电机进行转速采集并计算偏差,用PID算法计算控制量,控制量用PWM的方法驱动从动电机,使从动电机实现同步控制.通过反复调试,证明该系统方案、电路和程序的设计是正确的,并整定了较好的控制参数.在没有轮系等机械传动装置的情况下,实现了两轴转速的高稳态精度同步控制.     

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.     

基于TEDS的分布式电学信号测量控制系统设计

基于电子数据表格、CAN总线和Modbus通讯协议设计了一种分布式电学信号测量控制系统。该测控系统由上位机、从节点、总线构成。上位机是测控系统的主节点,实现从节点的管理、测量结果显示以及与用户的交互。从节点采用模块化设计,包括信号处理电路、TEDS信息存储单元、总线通讯接口电路、电源管理电路和AVR单片机,实现了多种电学信号转换和测量、执行器的控制以及与上位机的通讯。TEDS信息存储单元按照IEEE 1451标准规定的方式描述了节点的详细信息、校正模型等核心参数,并可通过标准指令被上位机读取。借助TEDS技术,系统中的从节点支持即插即用,自动识别。目前该测控系统已成功应用于大功率逆变电源设备中,运行稳定可靠。     

一种基于速度加比力匹配的传递对准时间延迟补偿算法

传递对准过程中,由于主惯导的传输延迟,子惯导解算信息与进行匹配的基准信息不能完全同步,有些情况下时间延迟影响较大。分析了时间延迟对速度加比力匹配传递对准算法的影响,并用扩增状态量的方法对该算法时间延迟进行建模和补偿。仿真结果表明,对准过程中当舰船处于匀速运动状态,时间延迟几乎不会影响对准性能;当舰船进行加速运动或S形机动运动时,时间延迟会严重影响对准性能,通过补偿可以有效地减少时间延迟对于该算法的影响。     

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。     

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.