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《北京邮电大学》 2013年
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空间机器人遥操作系统延时控制策略研究

张晓锋  
【摘要】:由于天地之间的距离非常遥远,导致了空间机器人遥操作系统中存在较大的天地间通讯时延,天地间大时延的存在,不仅会影响整个遥操作系统的稳定,还会使得操作者由于不能及时收到远端的信息,而产生疲惫感和极大的操作压力,因此,如何克服大时延的影响成为空间机器人遥操作系统需要解决的重要问题。 双边控制由于其能应用于从端环境未知或者非结构化等一系列的优点,成为近几年遥操作系统中的研究重点与热点,而一般的双边控制遥操作都是将整个系统简化为二端口网络模型,虽然这种结构简单,且能满足一般性的遥操作任务性能,但是对于需要进行复杂精细的任务工作的时候,二通道结构则无法满足需求。于是针对力和运动均能双向传递的思想,研究者提出了四通道双边控制结构。在前人的基础上,本文主要完成了如下工作: 首先,在对经典的四通道结构进行研究分析之后,设计了一种基于真实力反馈的四通道双边控制系统,根据控制器参数将其简称为KBG控制,此结构中考虑了主手施加的真实力对从端的影响,以及从端反馈力对主手的影响,并利用位置偏差进行了力校正。 其次,对所设计的力反馈遥操作双边控制系统进行了性能分析。以往的研究者们主要只是分析系统的稳定性和透明性,本文给出了一个李亚普诺夫能量函数,利用无源性理论对系统进行了分析,得出整个系统无源的结论,进而可得系统稳定,随后又给出了透明性的度量函数。此外,针对从手对主手的跟踪能力,即系统的跟踪性,给出了系统跟踪性的度量函数。在上述基础上,进而得出了控制器参数的选取范围。 然后,论文分析了已有时延的处理方法,考虑到马尔科夫过程的特点,得出天地间的大时延符合马尔科夫无后效性的特点,所以利用马尔科夫模型对天地间的大时延进行了预测建模,并通过软件模拟进行了验证。 最后,为了验证所提出的系统的性能,进行了空间机器人遥操作系统地面仿真实验研究,根据实验结果验证了整个系统的可行性与有效性。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TP242

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