[发明专利]一种基于波变量的时域无源双边遥操作控制方法

说明书

本发明公开一种基于波变量的时域无源双边遥操作控制方法。在对传统波变量控制方法分析，发现虽然该方法能很好保证系统的稳定性但透明性较差。针对传统波变量控制方法透明性不高问题，本发明提出一种改进波变量控制方法，增加调整因子来提高遥操作系统的透明性。针对波变量不能很好解决随机时延问题，采用时域无源源与波变量相结合的控制方法。本发明先提出一种基于波变量的时域无源单端口控制方法，接着提出另外一种基于波变量的时域无源双端口控制方法。通过Simulink仿真实验，这两种方法都能保证遥操作系统在随机时延下具有良好的稳定性，但是基于波变量的时域无源双端口控制方法具有较高的透明性以及跟踪性。

技术领域

本发明属于空间机器人遥操作控制领域，具体涉及一种基于波变量的时域无源双边遥操作控制方法。

背景技术

目前，人类利用空间机器人对航天器所携带的空间载荷进行各种精细复杂的操作，如空间站的维护、修理，空间装配，空间生产，空间科学实验，太空垃圾处理等。然而受限于空间环境的恶劣性，难以实现完全自主的遥操作，现在最常用的方法是遥操作控制。在天地空间传输过程中，低轨道遥操作时延至少为0.4s，高轨道时延会达到1s左右。对于空间机器人遥操作控制方法，通信时延影响系统的稳定性和透明性，这是我们所需要解决的主要问题。

双边控制是一种重要且应用广泛的遥操作控制方法，应用于非结构化且未知的从端环境，具有对从端环境的适应性。双边控制在通信线路中传送数据，降低了对通信宽带的要求。在双边控制中，操作者能感受到从手与环境的作用力，然后再决定下一步的动作，具有较高的可靠性和安全性。在双边控制中，最常用的是采用基于无源性理论的控制方法。采用波变量方法能保证在任意定时延环境下的稳定，并且具有良好的透明性。采用时域无源稳定的控制方法，可以在随机时延下具有很好的稳定性，但透明性不是很高。所以，采用基于波变量和时域无源相结合的双边遥操作控制方法来构建遥操作系统。

发明内容

本发明的目的：有鉴于此，本发明的目的在于提高遥操作双边控制系统在与未知环境相接触时随机时延下系统的稳定性和跟踪性能，提出一种基于波变量时域无源的遥操作双边控制方法。

为完成以上目的，本发明采用如下的技术方案：首先研究传统波变量双边遥操作系统，建立控制结构。然后分析波变量双边遥操作系统在时延下的稳定性和透明性并根据该方法的缺点改进波变量控制结构，接着建立遥操作系统动力学和运动学数学模型。通过理论分析，波变量遥操作控制方法不能保证在随机时延下具有很好的稳定性，但是具有相对良好的透明性，所以采用波变量与时域无源相结合的遥操作控制方法，建立控制结构。最后利用Simulink软件对所提出的方法进行仿真，分析该方法相对于其他方法具有较好的稳定性和跟踪性。

本发明的优点有：

本发明采用基于波变量的时域无源双边遥操作控制方法，能很好的保证该系统无论在定时延下还是在随机时延下都具有很好的稳定性和透明性以及跟踪性。操作者能很好感受到的从端环境获得力觉临场感并决定下一步动作，从而把操作者的智能投射到远端，使得系统能够完成一些复杂的空间任务。

附图说明

图1定时延遥操作系统的波变量控制结构图

图2定时延改进波变量遥操作控制结构图

图3于波变量的时域无源单端口控制结构图

图4于波变量的时域无源双端口控制结构图

图5统波变量在2s定时延下的速度和力跟踪曲线

图6进波变量在2s定时延下的速度和力跟踪曲线

图7于波变量的时域无源单端口在1s～2s时延下的速度和力跟踪曲线

图8基于波变量的时域无源双端口在1s～2s时延下的速度和力跟踪曲线

具体实施方式