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基于TCP/IP网络的机械手远程控制系统研究

谢超  
【摘要】: 随着机器人和计算机网络的不断发展,将机器人技术与网络技术的结合成为了机器人技术发展的一个重要方向,使得基于网络的远程机器人系统成为了新的研究热点。本文研究的机械手网络控制问题,在远程监控与操作、远程实验与教学、远程医疗、远程作业等领域具有广泛的应用,具有广阔的应用前景和巨大的开发价值。 本文首先介绍了网络控制系统的结构、优点以及影响网络控制系统性能的几个主要因素,重点分析了时延产生的原因和网络时延的测试方法,并应用VC++6.0编写了一个网络时延的测试程序,对测试结果进行了分析,得到了网络系统中时间延迟的存在性、随机性和有界性的特点;其次,对网络控制系统进行了合理、准确的建模,通过系统仿真,讨论了时延对控制系统的影响,证明了系统稳定的充分条件,并运用LMI工具箱,求得了满足定理条件的使系统保持稳定的反馈控制率;在讨论了系统的稳定性之后,介绍了网络控制系统的最优随机控制方法、队列方法等控制方法,分析了每种控制方式的优缺点及其适用范围,并依据lyapunov稳定性定理及LMI工具,对网络控制系统的鲁棒稳定性做了详细的研究,给出了网络控制系统的H_∞控制器的设计方法。通过仿真实验证明了该控制器能有效的抑制外部扰动对网络控制系统的影响;最后,基于True Time工具箱设计了机械手网络控制系统仿真平台,将仿真平台划分为机械手模块、执行器模块、传感器模块、控制器模块以及网络模块,并对各个模块进行建模,最后建立了机械手网络控制系统的仿真模型,通过仿真验证了平台的正确性和控制方法的合理性。


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