[发明专利]基于多边遥操作系统的H无穷模糊容错控制方法

说明书

本发明公开了一种基于多边遥操作系统的H无穷模糊容错控制方法，首先将非线性多边遥操作系统建模为具有通信时变时滞的T‑S模糊系统。接着根据执行器部分失效和多类型的通信时延的特点，通过运用自由权矩阵的方法来建立H无穷模糊容错架构。其中主从机器人之间的通信时延是异步且时变的。接着通过建立模态相关的Lyapunov‑Krasovskii泛函，得到使闭环系统不仅随机均方稳定，而且具有指定H∞噪声抑制性能的充分条件。然后，处理了充分条件下矩阵不等式的非线性，利用Matlab求出控制器增益。本发明在兼顾系统随机均方稳定性的同时又具有H∞扰动抑制性能，设计了一个异步容错控制器，使得系统在存在执行器故障的时候仍然能保持可观的运行状态。

技术领域

本发明涉及容错控制技术领域，涉及一种把T-S模糊模型应用于具有执行器部分失效以及通信时变时延的多边遥操作系统的容错控制方法，具体指一种基于多边遥操作系统的H无穷模糊容错控制方法。

背景技术

近年来机器人技术飞速发展，但是受当下现有技术的限制，对于很多复杂的任务，机器人难以自主完成，因此，面对复杂任务或者人类无法到达的环境，人类希望将自已的意识与机械臂的强执行力相结合。执行此类任务时，人类操作者在主端控制主端机械臂，将命令信号发送至从端，随后控制从端机械臂执行任务；同时，人类可以通过从端的各种传感器来感知从端环境，例如力觉传感器、触觉传感器等，帮助人类在主端做出正确的决策，此技术为遥操作技术。一般情况下，一个遥操作系统只包括一个操作者，一个主端机械臂与一个从端机械臂，在从端通过一个机械臂完成任务，这类遥操作系统为单主单从遥操作系统。很多学者致力于单主单从遥操作系统的研究，并取得了一定的研究成果。但是很多复杂的任务，只靠从端单独的机械臂难以完成，需要多个机械臂相互配合。对于远端的复杂任务，可依靠从端多个机械臂相互配合完成，多个操作者在主端通过多个主端机械臂对从端机械臂进行控制，通过相互配合完成复杂任务。此类遥操作系统被称为多主从遥操作系统。

随着科学技术不断发展，以单主单从遥操作系统为研究对象的控制算法发展讯速，然而传统的单主单从遥操作系统执行某些任务时有一定的局限性，不适合完成协调任务。多主多从遥操作系统弥补了单主单从遥操作系统的不足，研究多主多从遥操作系统控制时，不仅要保证遥操作系统的控制精度及稳定性，还要保证从端机械臂的协调性。如何保证多主多从遥操作系统的稳定性和协调性一直是个难题。实际运用中，在多主多从遥操作系统执行搬运任务时，由于从端机械臂经常会受到干扰，包括内部参数的干扰和外部环境的干扰，不仅会影响主从轨迹跟踪的效果，甚至对协调搬运任务产生影响。

同时在现实中，系统的执行器不可避免地会出现各种问题，比如卡死、部分失效、偏移故障等等，而多主多从遥操作系统作业时，涉及的组件或零件更多，因此出现故障的频率更高，这些故障会导致系统的性能下降甚至使系统崩溃。可以想到的，多主多从遥操作系统零部件越复杂，出现故障率越高。因此，亟需一个容错系统能够实现一个或多个关键组件处于故障状态，系统依旧可以稳定、安全地运行，这种系统对故障具有一定包容度的技术。这类控制技术可以使系统在发生故障时仍能保持镇定并将性能指标控制在一个理想的范围之中。因此，目前对容错控制领域的研究也具有重要的现实意义。

发明内容

本发明根据现有技术的不足，提出一种基于多边遥操作系统的H无穷模糊容错控制方法，能够实现提高控制系统的稳定性以及系统的动态性能指标，在兼顾系统具有随机均方稳定的同时使系统又具有H∞扰动抑制性能，使得系统在存在扰动和执行器故障的时候仍然能保持可观的运行状态。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于多边遥操作系统的H无穷模糊容错控制方法，包括如下步骤：

S1、通过动力学模型来模拟多边遥操作系统；

S2、设置控制力矩使的动力学模型具备重力补偿效果；

S3、将多主多从遥操作系统拆分为由两个主机器人和两个从机器人组成的操作系统，得到新动力学模型；