基于主端力缓冲的波变量4通道双边控制方法研究
发布时间：2019-07-28 19:29
【摘要】：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.
【图文】：
）－Ｃ４（１＋Ｃ５）Ｃ２Ｃ２（Ｚｓ＋Ｃｓ）－Ｃ４（１＋Ｃ５q縬纐膓牛ǎ罚┯墒剑ǎ玻ǎ矗┖停ǎ叮┛傻孟低车幕旌峡刂凭卣竽Ｐ臀疲澹郑郏荩螅剑龋樱龋裕龋停疲恚洌郑郏荩恚ǎ福玻参榷ㄐ苑治鑫硕运岱椒ń形拊次榷ㄐ苑治觯疚氖褂昧宋南祝郏罚葜谢诙嗷芈贩蠢〗峁沟奈榷ㄐ苑治龇椒ǎ紫榷曰谥鞫肆撼宓牟ū淞浚赐ǖ浪呖刂品椒ń兄毓梗慕啥嗷芈贩蠢〗峁沟男问剑缤迹菜荆迹哺慕亩嗷芈贩蠢〗峁梗疲椋纾玻桑恚穑颍铮觯澹洌恚酰欤簦椋欤铮铮穑妫澹澹洌猓幔悖耄螅簦颍酰悖簦酰颍謇猛迹灿牖谥鞫肆撼宓牟ū淞浚赐ǖ浪呖刂平峁沟牡刃Ч叵担ㄒ逋贾胁僮髡咦杩梗冢琛⒒肪匙杩梗冢濉⒅鞫丝刂破鳌⒋佣丝刂破骱屯ㄐ攀毖踊方冢挡糠值墓阋迥芰糠匠涛郑保ǎ保郑玻ǎ玻郑常ǎ常郑矗ǎ矗┖停郑担ǎ担谙低车某跏蓟芰慷嘉暗那榭鱿拢绻鲜觯挡糠侄寄芄槐Ｖて渥陨淼奈拊葱裕梢酝频汲觯澹裕剑酰裕蒎Ｖ，（９）式中：ｅＴｙ＝ｅＴ１ｙ１＋ｅＴ２ｙ２＋ｅＴ３ｙ３＋ｅＴ４ｙ４＋ｅＴ５ｙ５，（１０）ｕＴｙ＝ｕＴ１ｙ１＋ｕＴ２ｙ２＋ｕＴ３ｙ３＋ｕＴ４ｙ４＋ｕＴ５ｙ５，（１１）Ｖ（ｘ）＝Ｖ１（ｘ１）＋Ｖ２（ｘ２）＋Ｖ３（ｘ３）＋Ｖ４（ｘ４）＋Ｖ５（ｘ５）
手为三自由度Ｆａｌｃｏｎ手控器，二者均由工控机进行控制，通信基于Ｗｉｎｓｏｃｋｅｔ客户端／服务器模式，时延部分利用缓冲技术进行模拟．同时，在Ｆａｌｃｏｎ手控器手柄处安装了单自由度力传感器，用来测量从手与环境的实际作用力．图５实物验证平台Ｆｉｇ．５Ｐｈｙｓｉｃａｌｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍ为了验证本文提出方法的有效性，在Ｔ＝１．０ｓ的时延下进行实物实验．首先，当Ｃ３＝０．１且从端自由运动时，主从端的位置跟踪曲线如图６所示．图６Ｃ３＝０．１且从端自由运动时的位置跟踪曲线Ｆｉｇ．６Ｐｏｓｉｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅａｔｔｈｅｓｌａｖｅｓｉｄｅｏｆｆｒｅｅｍｏｖｅ－ｍｅｎｔｗｈｅｎＣ３＝０．１其次，当Ｃ３＝０．５且从端自由运动时，主从端的位置跟踪曲线如图７所示．图７Ｃ３＝０．５且从端自由运动时的位置跟踪曲线Ｆｉｇ．７ＰｏｓｉｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅａｔｔｈｅｓｌａｖｅｓｉｄｅｏｆｆｒｅｅｍｏｖｅｍｅｎｔｗｈｅｎＣ３＝０．５图６表明，当Ｔ＝１２ｓ左右时，系统的主从端开始同步运动，且从手能够良好地跟随主手运动，但由于控制参数Ｃ３较小，导致同步效果不明显，，位置跟踪受时延的影响较大．而在图７中，由于增大了控制参数Ｃ３的值，同步效果得到明显提升，系统稳定且位置跟踪效果良好．Ｃ３的值越大，同步性指标ｋ也越大，系统的同步性越好．然而，如果Ｃ３的值过大，会降低系统的稳定性，甚至导致不稳定，这是因为主端力控制通道并不受从端反馈的影响，而从端反馈却直接作用于主端控制器进
【作者单位】： 北京邮电大学空间机器人技术教育部重点实验室;
【基金】：国家“九七三”计划项目(2013CB73300) 国家自然科学基金资助项目(61573066)
【分类号】：TP242
本文编号：2520291
【图文】：
）－Ｃ４（１＋Ｃ５）Ｃ２Ｃ２（Ｚｓ＋Ｃｓ）－Ｃ４（１＋Ｃ５q縬纐膓牛ǎ罚┯墒剑ǎ玻ǎ矗┖停ǎ叮┛傻孟低车幕旌峡刂凭卣竽Ｐ臀疲澹郑郏荩螅剑龋樱龋裕龋停疲恚洌郑郏荩恚ǎ福玻参榷ㄐ苑治鑫硕运岱椒ń形拊次榷ㄐ苑治觯疚氖褂昧宋南祝郏罚葜谢诙嗷芈贩蠢〗峁沟奈榷ㄐ苑治龇椒ǎ紫榷曰谥鞫肆撼宓牟ū淞浚赐ǖ浪呖刂品椒ń兄毓梗慕啥嗷芈贩蠢〗峁沟男问剑缤迹菜荆迹哺慕亩嗷芈贩蠢〗峁梗疲椋纾玻桑恚穑颍铮觯澹洌恚酰欤簦椋欤铮铮穑妫澹澹洌猓幔悖耄螅簦颍酰悖簦酰颍謇猛迹灿牖谥鞫肆撼宓牟ū淞浚赐ǖ浪呖刂平峁沟牡刃Ч叵担ㄒ逋贾胁僮髡咦杩梗冢琛⒒肪匙杩梗冢濉⒅鞫丝刂破鳌⒋佣丝刂破骱屯ㄐ攀毖踊方冢挡糠值墓阋迥芰糠匠涛郑保ǎ保郑玻ǎ玻郑常ǎ常郑矗ǎ矗┖停郑担ǎ担谙低车某跏蓟芰慷嘉暗那榭鱿拢绻鲜觯挡糠侄寄芄槐Ｖて渥陨淼奈拊葱裕梢酝频汲觯澹裕剑酰裕蒎Ｖ，（９）式中：ｅＴｙ＝ｅＴ１ｙ１＋ｅＴ２ｙ２＋ｅＴ３ｙ３＋ｅＴ４ｙ４＋ｅＴ５ｙ５，（１０）ｕＴｙ＝ｕＴ１ｙ１＋ｕＴ２ｙ２＋ｕＴ３ｙ３＋ｕＴ４ｙ４＋ｕＴ５ｙ５，（１１）Ｖ（ｘ）＝Ｖ１（ｘ１）＋Ｖ２（ｘ２）＋Ｖ３（ｘ３）＋Ｖ４（ｘ４）＋Ｖ５（ｘ５）
手为三自由度Ｆａｌｃｏｎ手控器，二者均由工控机进行控制，通信基于Ｗｉｎｓｏｃｋｅｔ客户端／服务器模式，时延部分利用缓冲技术进行模拟．同时，在Ｆａｌｃｏｎ手控器手柄处安装了单自由度力传感器，用来测量从手与环境的实际作用力．图５实物验证平台Ｆｉｇ．５Ｐｈｙｓｉｃａｌｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍ为了验证本文提出方法的有效性，在Ｔ＝１．０ｓ的时延下进行实物实验．首先，当Ｃ３＝０．１且从端自由运动时，主从端的位置跟踪曲线如图６所示．图６Ｃ３＝０．１且从端自由运动时的位置跟踪曲线Ｆｉｇ．６Ｐｏｓｉｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅａｔｔｈｅｓｌａｖｅｓｉｄｅｏｆｆｒｅｅｍｏｖｅ－ｍｅｎｔｗｈｅｎＣ３＝０．１其次，当Ｃ３＝０．５且从端自由运动时，主从端的位置跟踪曲线如图７所示．图７Ｃ３＝０．５且从端自由运动时的位置跟踪曲线Ｆｉｇ．７ＰｏｓｉｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｖｅａｔｔｈｅｓｌａｖｅｓｉｄｅｏｆｆｒｅｅｍｏｖｅｍｅｎｔｗｈｅｎＣ３＝０．５图６表明，当Ｔ＝１２ｓ左右时，系统的主从端开始同步运动，且从手能够良好地跟随主手运动，但由于控制参数Ｃ３较小，导致同步效果不明显，，位置跟踪受时延的影响较大．而在图７中，由于增大了控制参数Ｃ３的值，同步效果得到明显提升，系统稳定且位置跟踪效果良好．Ｃ３的值越大，同步性指标ｋ也越大，系统的同步性越好．然而，如果Ｃ３的值过大，会降低系统的稳定性，甚至导致不稳定，这是因为主端力控制通道并不受从端反馈的影响，而从端反馈却直接作用于主端控制器进
【作者单位】： 北京邮电大学空间机器人技术教育部重点实验室;
【基金】：国家“九七三”计划项目(2013CB73300) 国家自然科学基金资助项目(61573066)
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本文编号：2520291
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