[发明专利]离散时间状态下的遥操作系统的控制方法

说明书

本发明公开了一种离散时间状态下的遥操作系统的控制方法，包括以下步骤：建立n维离散时间状态下的遥操作系统模型；基于所建立的系统模型，建立扩张状态观测器对系统中的总干扰进行估计和补偿；网络通信时延下定义主、从机器人位置同步误差，并设计带有输入时延的离散滑模控制方法；最后基于李雅普诺夫理论给出遥操作系统的稳定性条件，保证遥操作系统的稳定性和同步性。本发明考虑离散时间状态下的遥操作系统的控制方法设计，相比于连续时间状态下的遥操作系统，在控制器设计阶段就考虑了离散的系统状态，避免了控制器设计后的离散误差，其更适用于实际的工作环境下，因此应用更加的灵活。

技术领域

本发明属于非线性遥操作系统控制技术领域，具体涉及一种离散时间状态下的遥操作系统的控制方法。

背景技术

非线性遥操作系统是指操作者在本地对主操作器进行控制，以完成对远端不可接近或者危险环境中的机械的远距离操作。典型的非线性遥操作系统主要由五部分组成，其分别为操作者、主机器人、网络信息传输通道、从机器人以及从机器人所处的外界环境。遥操作技术已经取得了很大的成就，其成果广泛应用于太空探索、深海开发、核废料处理、远程医疗等等各个领域，人类以此不断拓展了认知和操作空间。

遥操作系统在实际应用中，使用网络作为传输控制信息的媒介，主从端之间的信息交互不可避免地受到通信带宽的限制；此外主从系统模型不仅具有强烈的非线性特性，且易受到系统参数不确定和外界工作环境扰动的影响。近年来，大量有效的控制方法被提出以保证遥操作系统良好的工作性能。然而现有控制方法的实现均基于遥操作系统处于连续时间域的假设的基础上，而实际中主从机器人之间的通信是通过分组交换网络实现的。且通信媒体由不可靠的通信网络组成，这些网络可能会存在时延，丢失或重新排序的数据包。而且，计算机的运算以离散采样系统为基础，直接将连续时间控制算法应用到离散时间系统会引起一些问题，如抖振，离散化误差等。遥操作系统是一个高度耦合的、复杂的非线性系统，随着应用范围的扩大和应用环境更复杂，在高速、精密、低能耗、大承载和轻量化等应用方面的要求也将越来越高。例如，空间探测领域，尤其对于造价高昂的登陆器来说，远距离传输使得控制命令在传输中存在大的时延，登陆过程中的恶劣环境产生的强干扰等都是亟待解决的问题。因此我们迫切需要展开针对离散时间状态下的遥操作系统的控制研究。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种离散时间状态下的遥操作系统的控制方法，以解决现有控制方法受网络延迟及恶劣外界环境影响的问题。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种离散时间状态下的遥操作系统的控制方法，包括以下步骤：

S1.建立n维离散时间状态下的遥操作系统模型；

S2.基于遥操作系统中存在的内部的不确定和外界环境中的干扰问题，设计线性扩张状态观测器(ESO)估计系统中的模型不确定性和外部干扰；

S3.网络通信定常时延下定义主、从机器人位置同步误差变量，并基于定义的主、从机器人位置同步误差变量引进新的趋近律，设计带有输入时延的离散滑模控制(DSMC)方法；

S4.基于李雅谱诺夫理论给出遥操作系统的稳定性条件，保证遥操作系统的稳定性和同步性。

步骤S1中建立的n维离散时间状态下的遥操作系统模型为：