网络化遥操作系统的同步控制和实验验证

发布时间：2017-10-16 04:06

  本文关键词：网络化遥操作系统的同步控制和实验验证

  更多相关文章： 遥操作 传输时延 有限时间控制 扩张状态观测器 输入饱和

【摘要】：机器人遥操作系统是一门综合学科,综合了机器人学理论、网络通讯传输、控制理论等新兴学科。在现代领域中的应用包括远程外科医疗手术、海底探测、核辐射检测、太空探索等。虽然遥操作技术在研究领域中也取得了阶段性的成果,但是在未来道路上还任重道远,有着巨大的潜力和发展空间。尤其是系统中存在一些难以避免的实际问题时,比如内部系统不确定、外界环境干扰、状态受限制、输入受限制、网络传输时延等问题时,研究的困难进一步加大。本文主要针对遥操作系统存在内部干扰和外部不确定的情况下,带有传输时延的主从端同步控制问题进行研究,实现了有限时间同步控制。对带有输入饱和的情况进行处理,实现了系统渐近稳定。应用Lyapunov函数方法,对提出的控制算法进行分析与证明,并通过Matlab/Simulink进行系统仿真,在Phantom Premium 1.5HF机械臂平台上进行了实验验证。本文主要从以下三个方面进行分析与论述。首先,给出遥操作系统的欧拉-拉格朗日模型,根据其系统模型,分析其动力学特性。同时,介绍了扩张状态观测器的基础知识、有限时间控制的基本概念、实验平台的硬件和软件特性,为下面章节的控制算法的应用提供了理论基础。其次,对遥操作系统中的位置同步问题进行了研究。针对实际系统中存在的内部的不确定和外界环境中的干扰问题,应用扩张状态观测器的控制方法,在主端和从端分别设计相应的控制器进行处理。设计相应的Lyapunov函数,证明并分析了系统的稳定性和同步性能,实现了对系统的有限时间控制。最后,通过在实验平台上进行了实验验证,和P+d控制方法的效果进行了对比,证明了控制策略的有效性。最后,考虑遥操作系统中存在的输入饱和问题,通过设计辅助变量构造辅助控制系统,通过辅助系统设计控制器,构造相应的Lyapunov函数,进行了稳定性分析和证明。采用神经网络控制对系统不确定和外部干扰进行了处理,实现了系统的渐近稳定。通过仿真验证了控制方法的有效性。
【关键词】：遥操作 传输时延 有限时间控制 扩张状态观测器 输入饱和
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及意义10-13
• 1.1.1 课题研究背景10-12
• 1.1.2 课题研究意义12-13
• 1.2 网络化遥操作系统的研究现状13-16
• 1.3 论文研究内容及结构安排16-17
• 第2章 预备知识17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 遥操作系统的模型17-18
• 2.3 有限时间控制的基础知识18-20
• 2.3.1 有限时间稳定的基本概念18
• 2.3.2 有限时间控制器的设计算法18-20
• 2.4 扩张状态观测器的基础知识20-23
• 2.5 实验设备Phantom Premium 1.5HF硬件与软件23-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 基于扩张状态观测器的遥操作系统有限时间控制26-43
• 3.1 引言26
• 3.2 问题描述26-27
• 3.3 任务空间的模型变换27-28
• 3.4 非奇异快速终端滑模面控制器的设计28-32
• 3.5 性能分析32-36
• 3.6 实验结果36-42
• 3.7 本章小结42-43
• 第4章 带有输入饱和的遥操作系统同步控制43-54
• 4.1 引言43
• 4.2 问题描述43-44
• 4.3 非线性输入饱和44-45
• 4.4 RBF神经网络45-46
• 4.5 饱和控制器设计46-50
• 4.6 仿真验证50-53
• 4.7 本章小结53-54
• 结论54-56
• 参考文献56-61
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果61-62
• 致谢62

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本文编号：1040501