區(qū)間化時(shí)變時(shí)延的遙操作系統(tǒng)建模與控制

劉義才 張紅霞 陳鑫

摘要 針對(duì)力反饋遙操作系統(tǒng)中的時(shí)延問題，首先將利用狀態(tài)空間方程建立了遙操作系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)而在時(shí)延區(qū)間劃方法以及reciprocally方法的基礎(chǔ)上采用時(shí)滯系統(tǒng)分析和魯棒H o?？刂品椒ǐ@得了系統(tǒng)保守性較小的穩(wěn)定性和同步控制的條件。最后通過數(shù)值仿真驗(yàn)證了本文所提方法的有效性。

【關(guān)鍵詞】控制系統(tǒng) 時(shí)延 建模

1 引言

相對(duì)于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)能夠充分體現(xiàn)了控制系統(tǒng)向分布化、網(wǎng)絡(luò)化及模塊智能化的發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)器人遙操作系統(tǒng)是伴隨著網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)，在水下深海作業(yè)和核工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，最大程度的保障了工作人員的安全，己成為目前控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。典型的機(jī)器人遙操作系統(tǒng)由操作者、主機(jī)器人、從機(jī)器人和通信網(wǎng)絡(luò)組成，如圖1所示。在空間遙操作系統(tǒng)中，回路時(shí)延會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的下降，甚至破壞其穩(wěn)定性。因此許多學(xué)者針對(duì)該問題提出了多種控制方法：模型預(yù)測(cè)控制的方法、無(wú)源理論控制方法、自適應(yīng)方法等。區(qū)別與以往文獻(xiàn)資料，本文采用時(shí)滯系統(tǒng)的分析方法的基礎(chǔ)上采用魯棒控制的方法來(lái)解決空間遙操作控制問題。

2 系統(tǒng)建模

3 主要結(jié)論

近年來(lái)，時(shí)滯系統(tǒng)研究受到廣大學(xué)者的關(guān)注。由于時(shí)滯相關(guān)條件充分考慮了時(shí)延大小對(duì)系統(tǒng)影響，因此可以獲得更小的保守性。本文利用文獻(xiàn)[10-11]提出的一種時(shí)延區(qū)間劃分結(jié)合時(shí)滯系統(tǒng)和魯棒H∞的方法，在有效降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)的保守性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)空間力反饋遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性和同步跟蹤控制。

5 結(jié)論

針對(duì)力反饋空間遙操作系統(tǒng)的時(shí)變時(shí)延，本文采用時(shí)滯系統(tǒng)及魯棒H。?？刂品椒?，獲得了統(tǒng)漸近穩(wěn)定且滿足給定跟蹤性能的充分條件。由于利用了區(qū)間化時(shí)變時(shí)延的方法，將時(shí)變時(shí)延在整個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)變化問題轉(zhuǎn)化為在多個(gè)小區(qū)間范圍內(nèi)變化問題，可獲得較小的系統(tǒng)保守性。最后通過數(shù)值示例仿真驗(yàn)證了本文所提方法的有效性。

參考文獻(xiàn)

[1]Zhang D， Shi P， Wang Q G， et al.Analysis and svnthesis of networkedcontrol systems： a survey of recentadvances and challenges [J]. ISATransactions， 2017， 66： 376-392.

[2]劉于之，李木國(guó)，杜海，具有時(shí)延和丟包的NCS魯棒H∞控制[J].控制與決策，2014 （03）：517-522.

[3]閻偉萍，網(wǎng)絡(luò)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)的研究[D].哈爾濱哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

[4]李君，劉斌，蔣崢，基于時(shí)延灰色預(yù)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制[J].計(jì)算機(jī)仿真.2016，33 （01）：331-335.

[5] Hua C， Yang Y， Liu P X. Output-Feedback Adaptive Control ofNetworked Teleoperation System WithTime-Varying Delay and BoundedInputs [J]. IEEE/ASME Transactions onMechatronics，

2015， 20 （05）： 2009-2020.

[6] Yang Y， Yang F， Hua J， et al.Generalized predictive control forspace teleoperation systems withlong time-varying delays [C]. Systems，Man，

and Cybernet ics

（SMC）， 2012

IEEEInternat ional

Conference

on

IEEE.2012：3057-3062.

[7]宋愛國(guó)，黃惟一.空間遙控作業(yè)系統(tǒng)的自適應(yīng)無(wú)源控制[J].宇航學(xué)報(bào)，1997，18 （03）：26-32.

[8] Forouzantabar A， Talebi H A， SedighA K. Adaptive neural network controlof bilateral teleoperation Withconstant time delay [J]. NonlinearDynamics， 2012， 67 （02）： 1123-1134.

[9]劉斌，劉義才.區(qū)間化時(shí)變時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)化切換系統(tǒng)建模與控制[J].控制理論與應(yīng)用，2017， 34 （07）： 912-920.

[10]張俊，羅大庸，孫妙平.一種基于時(shí)滯區(qū)間不均分方法的變時(shí)延網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的新穩(wěn)定性條件[J]，電子學(xué)報(bào)，2016， 44 （01）：54-59.

[11] Zeng H B， He Y， Wu M， et al.Complete Delay-Decomposing Approachto Asymptotic Stability for NeuralNetworks With Time-Varying Delays [Jl.IEEE Transact ions on Neural Networks，2011， 22 （05）：806-812.

[12] Yang D， Chen H， Xing G， et al.Networked H∞synchronization ofbilateral teleportation systems [Cl.Intelligent

Control

and Automat ion（WCICA），2014 llth World Congresson. IEEE， 2014： 3771-3774.

[13] Du H. Brief paper-H state-feedbackcontrol of bilateral teleportationsys tems with asymmetric time-varyingdelays [Jl. IET Control Theory &Applications， 2013，7 （04）： 594-605.

[14]楊艷華，陽(yáng)方平，化建寧等，基于線性矩陣不等式空間遙操作系統(tǒng)的魯棒H。?？刂芠J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013， 49 （11）：1-7.