遥操作机器人系统时延补偿研究

发布时间：2017-07-19 15:00

  本文关键词：遥操作机器人系统时延补偿研究

  更多相关文章： 遥操作机器人 时延 自抗扰控制 Smith预估器 干扰观测器 同步控制

【摘要】：遥操作机器人的出现使得人类可以完成在难以接近或者有害环境中的复杂作业,从而扩展了人类的感知和操作能力,保证了人类的安全。现今,遥操作机器人系统已经被广泛应用在航空航天、深海探索、军事、核工业和医疗等各个领域,具有广阔的应用前景。但是随着网络的引入,通信时延往往不可避免,并将导致遥操作系统性能下降甚至失稳。因此,对遥操作机器人系统的时延问题进行研究具有非常重要的意义。本文主要研究了机器人遥操作系统的时延补偿问题,主要做了如下工作:1.针对固定时延下的单自由度遥操作系统,将自抗扰控制技术和Smith预估器相结合设计了遥操作控制器,既解决了通信时延导致系统不稳定的问题,又对Smith预估器失配引起的不确定性进行了补偿,降低Smith预估器对于模型误差的敏感度。2.针对遥操作系统通信环节中的时变时延问题,设计了一类基于通信干扰观测器的时延补偿方法。将时延引起的动态描述为一类网络干扰,通过设计干扰观测器估计并补偿该网络干扰。同时,在遥操作系统主端仍然采用自抗扰控制器,以增强系统的抗干扰能力和鲁棒性,从而实现时变网络诱导时延的在线补偿并保证遥操作系统的稳定性。3.针对多自由度遥操作系统中存在时变时延的情况,研究了其运动同步控制问题。设计了基于广义扩张状态观测器的遥操作控制器,实现了遥操作系统稳定并且主从关节角位置同步的目标。首先通过反馈线性化将遥操作系统建模为一类干扰不匹配的线性系统。进而,设计了广义扩张状态观测器和相应的控制器,实现了对网络诱导时延引起的不匹配干扰的在线估计和补偿,从而消除了时变时延对遥操作系统性能的影响。4.研究了多自由度遥操作系统在非对称时延下的力控制问题。通过引入阻抗模型,将力反馈控制问题转化为关于关节位置和速度的控制问题,进而设计了基于广义扩张状态观测器的遥操作控制器,实现了时延影响下的遥操作系统的力同步控制。
【关键词】：遥操作机器人 时延 自抗扰控制 Smith预估器 干扰观测器 同步控制
【学位授予单位】：浙江工业大学
【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10-22
• 1.1 课题背景和研究意义10-11
• 1.2 遥操作机器人系统的发展和应用11-15
• 1.3 存在的主要问题15
• 1.4 遥操作系统的主要控制策略15-20
• 1.4.1 预测控制16-17
• 1.4.2 远程规划17
• 1.4.3 双边控制17-20
• 1.5 本文主要研究内容与结构20-22
• 第2章 基于SMITH预估器的遥操作系统自抗扰时延补偿22-31
• 2.1 引言22
• 2.2 问题描述22-24
• 2.3 控制器设计24-28
• 2.3.1 从端控制器设计24
• 2.3.2 主端控制器设计24-28
• 2.4 仿真与分析28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 基于通信干扰观测器的遥操作系统时延补偿31-44
• 3.1 基于CDOB的时延补偿原理31-35
• 3.1.1 网络干扰的概念31-32
• 3.1.2 CDOB时延补偿32-34
• 3.1.3 CDOB的设计条件34-35
• 3.2 控制器设计35-39
• 3.2.1 从端控制器设计35
• 3.2.2 CDOB时延补偿设计35-37
• 3.2.3 主端控制器设计37-39
• 3.3 仿真与分析39-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 基于广义扩张状态观测器的遥操作系统同步控制44-55
• 4.1 引言44-45
• 4.2 问题描述45
• 4.3 控制器设计45-49
• 4.3.1 模型线性化45-47
• 4.3.2 广义扩张状态观测器设计47-48
• 4.3.3 控制律设计48-49
• 4.4 稳定性和抗扰性分析49-50
• 4.5 仿真与分析50-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第5章 不对称时延下遥操作系统的力控制55-65
• 5.1 引言55
• 5.2 问题描述55-56
• 5.3 基于广义扩张状态观测器的遥操作系统力同步控制56-60
• 5.3.1 模型线性化56-58
• 5.3.2 广义扩张状态观测器设计58-59
• 5.3.3 控制律设计59-60
• 5.4 稳定性和抗扰性分析60-61
• 5.5 仿真与分析61-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第6章 总结与展望65-67
• 6.1 研究工作总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72-73
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 倪涛,赵丁选,巩明德;遥操作工程机器人遥控端软件设计[J];工程机械;2003年02期

2 丑武胜,战强;空间遥操作机器人系统控制参考模型[J];宇航学报;2003年04期

3 陈俊杰,黄惟一;遥操作机器人系统克服时延影响的关键技术[J];华中科技大学学报(自然科学版);2004年S1期

4 芮素波;曾庆军;;基于网络的遥操作机器人系统传输时延研究[J];计算机工程与应用;2006年27期

5 石锦;曾庆军;;网络遥操作机器人系统视频传输及同步技术[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2007年01期

6 宋长会;郭庆昌;刘来华;姜婷;;遥操作机器人系统图像实时采集及传输技术[J];计算机测量与控制;2009年07期

7 沈显庆;关显华;;遥操作机器人系统的位置差-力差双向控制策略研究[J];机械制造与自动化;2012年02期

8 崔建伟;;东南大学研制成功小型核化探测与应急处理遥操作机器人[J];机器人技术与应用;2012年01期

9 刘金良;田恩刚;顾洲;;多自由度遥操作机器人可靠性控制研究[J];中国科学:信息科学;2012年09期

10 符秀辉;张鹏;;基于时延切换的遥操作机器人控制研究[J];系统工程学报;2012年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 欧阳淑丽;韩冰;贾鑫;刘颖;;多遥操作方式的网络遥操作机器人系统实现[A];第七届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2009年

2 刘建邦;赖旭芝;吴敏;陈鑫;;嵌入式遥操作机器人系统设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

3 曾庆军;王捍兵;徐晶晶;;基于软组织环境的遥操作机器人系统预测控制研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

4 郑敏;费树岷;;遥操作机器人系统的透明性控制[A];中国计量协会冶金分会2007年会论文集[C];2007年

5 曾庆军;赵呈涛;王艳;;基于软组织环境的遥操作机器人系统滑模变结构控制研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

6 石正坤;刘满禄;谢云;;辐射环境下遥操作机器人防撞系统的设计[A];中国核科学技术进展报告（第二卷）——中国核学会2011年学术年会论文集第5册（辐射防护分卷、核化工分卷）[C];2011年

7 鉴萍;李歧强;;遥操作机器人系统的内模预测控制[A];第16届中国过程控制学术年会暨第4届全国故障诊断与安全性学术会议论文集[C];2005年

8 王谦;符秀辉;;基于手机的网络遥操作机器人系统实现研究[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集（3）[C];2008年

9 曾庆军;徐涛;徐晶晶;宋爱国;田小峰;;时延力觉临场感遥操作机器人系统预测控制研究[A];江苏省自动化学会七届四次理事会暨2004学术年会青年学者论坛论文集[C];2004年

10 陈俊杰;薛晓红;黄惟一;宋爱国;华亮;张齐;;基于虚拟现实技术的遥操作机器人的鲁棒性控制策略研究[A];2003年中国智能自动化会议论文集（下册）[C];2003年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李玉玲;时延双边遥操作机器人系统控制方法研究[D];北京科技大学;2016年

2 陈启宏;遥操作机器人系统的智能控制研究[D];东南大学;2003年

3 李会军;空间遥操作机器人虚拟预测环境建模技术研究[D];东南大学;2005年

4 张波;考虑安全性的遥操作交会共享控制方法研究[D];国防科学技术大学;2014年

5 赵迪;变时延环境下的任务级遥操作关键技术研究[D];华中科技大学;2011年

6 高龙琴;力反馈数据手套与遥操作机器人系统研究[D];东南大学;2006年

7 侯敬巍;基于虚拟现实的遥操作工程机器人系统研究[D];吉林大学;2008年

8 文广;双向液压伺服遥操作机器人的力觉临场感技术研究[D];吉林大学;2008年

9 倪涛;有力觉及视觉临场感的遥操作机器人系统研究[D];吉林大学;2006年

10 崔峰;面向虚拟现实和遥操作的移动机器人同步定位与地图创建技术研究[D];河北工业大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 梁峰;三维场景实时重建技术在遥操作机器人上的实现[D];西南科技大学;2015年

2 李川渠;遥操作机器人尾线收放装置设计研究[D];西南科技大学;2015年

3 傅威;基于网络的遥操作机械臂控制系统研究[D];东南大学;2015年

4 于洋;带有时间戳的网络遥操作机器人的预测控制方法[D];东北大学;2014年

5 陈金涛;基于无线网络的遥操作工程机器人运动提示方法研究[D];广东工业大学;2016年

6 刘文聪;灵巧手遥操作仿真技术研究[D];华中科技大学;2014年

7 林渊;基于增强现实技术的遥操作方式设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2016年

8 纪磊;基于无源控制的多自由度遥操作机器人系统研究[D];华北电力大学(北京);2016年

9 夏则恒;基于Wi-Fi的遥操作移动机器人研究[D];南京林业大学;2016年

10 曹宇;危险复杂环境遥操作机器人测控系统研究[D];东南大学;2016年

，

本文编号：563410