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《中国科学技术大学》 2007年
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机械臂系统的网络远程控制研究与实现

郑桦  
【摘要】: 网络远程控制是计算机技术、通信技术和控制技术相结合的产物,已经在诸多领域得到了广泛应用,具有重要的实践意义与理论价值。网络中数据传输的不确定延时是网络远程控制所面临的主要问题,它降低了控制系统的运行性能,甚至会导致系统不稳定。本论文即是围绕着远程控制系统中的网络延时及其控制补偿策略,从理论和实验两个方面对其进行了研究,主要内容可归纳如下: (1)在单包传输、单回路且不考虑数据包丢失的网络远程控制系统中,针对在整数倍的采样周期与其后的一个采样周期之间随机出现的延时,基于传感器采用时间驱动、控制器和执行器分别采用时间驱动或事件驱动的各种情况,推导了系统状态方程的一般表达形式,分析了不同节点驱动方式对被控系统性能的不同影响,比较了各种节点驱动方式的特点,总结出如何针对不同的系统要求和延时范围来对系统中节点的驱动方式作出合理的选择,并在不同的延时范围下进行了各种节点驱动方式的对比仿真实验。 (2)对网络远程控制系统的确定性控制进行了研究,通过引入接收缓冲区,将随机时变的延时转化为固定延时,进而针对固定延时来设计控制器。介绍了确定性控制中三种主要的方法即状态预测控制、分步变换控制和Smith预估控制的基本思想,通过相应的状态转换,探讨了三种方法之间的关系,并利用仿真实验对理论结果进行了证明。 (3)描述了远程实验的被控对象,即一个具备绘图能力的二自由度串联机械臂系统的硬件组成、软件结构和工作原理,提出了为实现运动的高速高精度而进行的本地控制补偿方案。以远程控制器作为客户机,连接机械臂系统的本地主机作为服务器,使用Winsock API、以软件底层控制和UDP连接的C-S方式搭建了二自由度机械臂网络远程控制平台。 (4)使用自行编制的测量软件获取了实验过程中的网络延时,并为实现远程控制在任务完成时间上和本地控制相一致的控制目标,在机械臂系统运行的点位控制方式下分别设计了离线与在线的延时补偿策略,对比分析了补偿前后的实验结果。为克服点位控制方式应用于远程控制中的局限性,提出将连续轨迹控制方式引入串联机械臂远程控制系统,通过对任务时序图的分析,给出了保证机械臂连续运动时系统参数需满足的条件,并实现了远程控制下连续的轨迹跟踪。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP241

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 王永益;庞全;王家军;;基于Internet的无刷直流电动机的远程控制[J];杭州电子科技大学学报;2008年06期
2 杨德伟;冯祖仁;郭文涛;;NX100型控制器的动态连续轨迹控制方法[J];中国机械工程;2011年22期
3 樊金荣;张志俊;陈勉;;两种异步情形的网络控制系统的分析与建模[J];中南民族大学学报(自然科学版);2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王军南;丛爽;;基于视觉的远程机械臂闭环控制系统[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
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2 刘馨;基于网络的远程控制系统研究[D];西安电子科技大学;2011年
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4 赵胜涛;基于网络的机械臂远程监控系统研究[D];西安电子科技大学;2010年
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6 潘健;四自由度机械臂网络化远程控制系统的设计与实现[D];安徽工程大学;2012年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 郑桦;丛爽;;确定性远程网络控制系统中的控制方法[A];第25届中国控制会议论文集(中册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 朱其新;网络控制系统的建模、分析与控制[D];南京航空航天大学;2003年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 王晓峰,吴平东,任长清,黄杰,马树元,陈之龙;基于TCP/IP的远程控制实验系统中再现网络时延的研究[J];北京理工大学学报;2003年01期
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10 张毅;焦江丽;;基于Internet的远程控制机器人系统结构设计[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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3 方仕雄;李奇;;基于模糊预测控制的实时调度系统性能优化[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
4 张益军;;网络化神经网络系统的同步控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 陆会明;李硕;;电站网络化汽温过程模糊PID控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 ;On Networked Control Systems Based on Smith Compensator[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
7 赵俊程;方一鸣;李建雄;;一类多重状态时滞不确定离散系统的鲁棒预测控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
8 崔超;徐筱麟;韩晶;;一种两种算法结合的网络延时预测算法[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(下册)[C];2008年
9 涂小敏;宋杨;;基于无偏灰色模型的网络时延预测[A];上海市化学化工学会2010年度学术年会论文集(自动化专题)[C];2010年
10 ;Event-Triggered Feedback Scheduling of Embedded Control Systems[A];第一届建立和谐人机环境联合学术会议(HHME2005)论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 葛愿;基于隐马尔可夫模型的网络化控制系统建模与控制[D];中国科学技术大学;2011年
2 张捷;网络控制系统的故障检测与诊断技术[D];南京理工大学;2010年
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8 刘艺;网络控制系统的脉冲建模与预测控制[D];河北工业大学;2011年
9 李莉;基于Web的低压断路器远程控制系统的研究[D];河北工业大学;2011年
10 张雪峰;线性时变周期系统的能控性、稳定性分析与粗糙控制[D];东北大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 尹继超;机器人遥操作中关键技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 金鑫;具有数据包丢失的网络控制系统的最优控制[D];中国海洋大学;2010年
3 吴凡;基于预测控制的网络控制系统研究[D];天津理工大学;2010年
4 李鑫;基于视频融合的遥机器人控制系统研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
5 杜宝祯;嵌入式无线网络化测控系统的设计与实现[D];江西理工大学;2010年
6 刘春华;基于实时传输协议的IP远程控制网关技术研究[D];昆明理工大学;2009年
7 刘守盎;基于NS2的网络控制系统研究[D];昆明理工大学;2010年
8 王丽娟;通信访问约束随机系统的可估计性和可辨识性研究[D];浙江大学;2011年
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10 刘馨;基于网络的远程控制系统研究[D];西安电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张红祥;赵群礼;;IP组播技术在远程视频监控系统中的应用研究[J];安徽教育学院学报;2007年06期
2 王晓峰,吴平东,任长清,黄杰,马树元,陈之龙;基于TCP/IP的远程控制系统中动态补偿器的仿真研究[J];北京理工大学学报;2002年06期
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6 孔德明;方华京;;一类网络控制系统的稳定性设计[J];电机与控制学报;2007年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 张婷;杨明;王子才;;基于异步动态系统的多时延网络控制系统建模与分析[A];第二十四届中国控制会议论文集(上册)[C];2005年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 葛愿;基于隐马尔可夫模型的网络化控制系统建模与控制[D];中国科学技术大学;2011年
2 徐竟天;基于ARM9嵌入式和工业以太网的矿井瓦斯监控系统研究[D];西安科技大学;2011年
3 李绪蓉;面向业务构件的可重构信息系统的模型研究[D];南京航空航天大学;2002年
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5 张家晨;软件重构方法的研究[D];吉林大学;2004年
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8 李瑞欣;基于网络和状态监测的设备管理理论与方法研究[D];天津大学;2004年
9 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
10 张连明;基于网络演算的自相似网络性能上界模型研究[D];中南大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴恒刚;网络远程控制系统仿真平台设计与实现[D];南京理工大学;2004年
2 张勇;远程视频监控系统中传输技术的实现[D];电子科技大学;2004年
3 冯兰胜;基于机械臂的远程控制系统研究[D];西安电子科技大学;2005年
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5 李永飞;基于网络的远程控制系统的研究与实现[D];河北工业大学;2005年
6 孙俊峰;基于VRML的虚拟实验研究与实现[D];中国农业大学;2005年
7 关红洲;倒立摆自动起摆和稳定控制系统及策略研究[D];浙江大学;2005年
8 张国凡;网络化数控加工状态监测技术研究[D];吉林大学;2005年
9 韩晓霞;基于神经网络的刚性机械臂控制研究[D];太原理工大学;2005年
10 吴学勇;基于机械臂的远程监控系统研究[D];西安电子科技大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 李志敏;;基于网络技术的远程控制系统[J];电脑知识与技术;2013年23期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 张军;电力系统保护电器网络化研究[D];河北工业大学;2011年
2 李焕忠;基于随机网络演算的性能分析技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
3 赵建利;智能变电站通信系统的实时性和可靠性研究[D];河北工业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 陈方辉;基于LonWorks总线的网络控制技术研究[D];南京理工大学;2011年
2 王进华;远程机电控制中的网络接入技术研究和应用[D];苏州大学;2011年
3 王军南;基于Internet与视觉反馈的闭环网络控制系统[D];中国科学技术大学;2009年
4 徐楠楠;基于网络通信的机械臂远程控制系统的研究[D];西安电子科技大学;2012年
5 蒋华超;多晶硅铸锭车间的分布式生产监控系统研究与开发[D];浙江大学;2013年
6 王欣;支持IEEE1588工业以太网交换机的设计与实现[D];哈尔滨理工大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王晓峰,吴平东,任长清,黄杰,马树元,陈之龙;基于TCP/IP的远程控制系统中动态补偿器的仿真研究[J];北京理工大学学报;2002年06期
2 王越超,谈大龙;协作机器人学的研究现状与发展[J];机器人;1998年01期
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4 于之训,陈辉堂,王月娟;基于Markov延迟特性的闭环网络控制系统研究[J];控制理论与应用;2002年02期
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6 于之训,陈辉堂,王月娟;具有随机通讯延迟和噪声干扰的网络系统控制[J];控制与决策;2000年05期
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8 苏宏业,褚健,王骥程;基于分步变换的离散时滞系统控制器设计及应用[J];自动化学报;1996年02期
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王幼民,徐蔚鸿;机械臂关节空间Bezier曲线轨迹规划[J];安徽机电学院学报;2000年03期
2 黄志雄,何清华,吴万荣,谢习华;大型水轮机叶形现场检测机械臂运动学分析[J];中南工业大学学报(自然科学版);2003年02期
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5 四海;;数码化的思想——用脑操纵机器的梦想与现实[J];科学24小时;2008年04期
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5 黄志雄;何清华;邹湘伏;柳波;;一种求取运动学逆解的新算法[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年
6 丛爽;周海燕;;基于Internet-PC的机械臂网络远程控制系统的解决方案[A];第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C];2011年
7 田军霞;赵京;张凯亮;;冗余度机器人锁定故障关节后容错空间的变化研究[A];人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C];2004年
8 张令波;孙富春;孙增圻;;基于云模型的柔性机械臂轨迹跟踪与振动抑制控制[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
9 刘达;王田苗;张浩;;一种用于辅助外科手术的机械臂设计[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年
10 柴莹;申晓留;王秀全;;六自由度关节式机械臂路径规划[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
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1 张大伟 陈宏宇;我国空间站机械臂系统方案通过评估[N];中国航天报;2011年
2 记者 贾婧;空间站机械臂系统方案通过评估[N];科技日报;2011年
3 记者何德功;机械臂轻松捕获人造卫星[N];人民日报;2003年
4 陈盈;未来军医是个机器人[N];中国国防报;2009年
5 翟军;机器人之路——从机械臂到类人型[N];北京日报;2000年
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7 夏飞平 赵俊和;机械臂助企业一“臂”之力[N];中国国门时报;2008年
8 葛秋芳;科学家让猴子凭“意念”操纵机械臂抓取食物[N];新华每日电讯;2008年
9 张孟军;空间站安上了德国的机械臂[N];科技日报;2005年
10 本报记者 李金金;手术革命:“机器人大夫”走向全国[N];北京科技报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王相兵;工程机械臂系统结构动力学及特性研究[D];浙江大学;2014年
2 赵志刚;空间站机械臂转位控制与振动抑制研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
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4 赵博;多故障并发的可重构机械臂主动分散容错控制方法研究[D];吉林大学;2014年
5 熊根良;具有柔性关节的轻型机械臂控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 熊根良;具有柔性关节的轻型机械臂控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
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8 张鹏;机械臂协调操作柔性负载系统动力学与控制[D];吉林大学;2010年
9 唐志国;机械臂操作柔性负载系统分布参数建模与控制方法研究[D];吉林大学;2011年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张亦朴;基于模糊控制的多功能抽液装置的研制[D];华北电力大学(河北);2004年
2 赵胜求;基于视觉的PUMA560机械臂控制系统设计[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 韩晓霞;基于神经网络的刚性机械臂控制研究[D];太原理工大学;2005年
4 冯兰胜;基于机械臂的远程控制系统研究[D];西安电子科技大学;2005年
5 王宏源;机械臂关节用永磁无刷直流电动机的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
6 翟晓军;基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究[D];东南大学;2005年
7 陈慧;基于超声波电机的二自由度机械臂驱动控制系统的研究[D];东南大学;2006年
8 刘海;蒸汽发生器检修机械臂软件系统设计[D];哈尔滨工程大学;2007年
9 李尚军;基于机械臂的远程视频监控系统研究[D];西安电子科技大学;2009年
10 郭琼;基于四自由度机械臂远程监控系统的研究[D];西安电子科技大学;2009年
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