[发明专利]一种适用于遥操作系统控制参数的递阶辨识方法

摘要

本发明涉及一种适用于遥操作系统控制参数的递阶辨识方法，将输入输出信号采样不同的遥操作过程简化为一双率采样系统，利用重采样的方法建立一个基于最小采样的周期辅助模型，并以此估计重采样系统的中间状态值，由于输出采样周期大于重采样周期，系统的输出估计差值并不能直接修正中间状态值，故而本文采用了状态变化差值即差分的方法对卡尔曼预测过程中的状态估计值进行了修正，本发明可以对状态值已知和未知的两种情况下的双率遥操作系统参数进行辨识，仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。

主权项

1.一种适用于遥操作系统控制参数的递阶辨识方法，其特征在于步骤如下： 步骤1：采集遥操作输入控制信号和输出反馈信号，所述输入控制信号为主端手控器的位置和力矩信号；所述输出反馈信号包括遥操作机器臂关节处的位置、速度和力矩信号； 将遥操作过程简化为一双率系统模型，其状态空间模型为： 其中，A、B、C、D为系统参数，K表示系统第K次采样，x(K)为状态值，u(K)为输入信号，y(K)为输出信号； 令系统的控制输入采样周期为T₁和输出的采样周期为T₂，h为T₁和T₂的最大公约数，T₁和T₂满足：T₁＝ph，T₂＝qh且p和q两个数互质，w(K)和v(K)分别表示过程噪声和测量噪声，系统的系统模型为：其中，a、b、c、d为辅助模型参数，k为辅助模型的第k次采样，r(kh)和v(kh)分别为辅助模型过程噪声和测量噪声；两模型之间的参数关系为：步骤2：令残差值o(kh)其表达式为： 其更新周期与输出变量y(kh)的周期qh相同，误差方差矩阵和误差协方差矩阵表达式为M(kh)＝x(kh)x(kh-h)，P(kh)＝x(kh)x(kh)，其中x(kh)＝x(kh)-x(kh)，x(kh)为x(kh)的估计值，令利用推过递推方程：其中，a(kh)、d(kh)分别为a(kh)、b(kh)、a(kh)、d(kh)的估计值， 则卡尔曼滤波增益矩阵L(kh)、L1(kh)、P(kh)和M(kh)的更新公式为：其中，cov(o(kh),o(kh)^T)＝Roδ_ij，cov(r(kh),r(kh)^T)＝Rrδ_ij，其中，cov()表示协方差运算，δ_ij为kronecker-δ函数，K1为常数，进一步得到辅助模型的状态值估计： 根据双率遥操作系统与辅助模型的参数对应关系得到原系统的输入和输出状态时刻状态估计值：x(KT₁)＝x(Kph)，x(KT₂)＝x(Kqh)； 步骤3：根据辅助模型预测出的状态值对双率遥操作系统进行递阶参数辨识，具体表达式如下： 其中，i,j分别表示输入和输出信号的采样时刻， θ_x(iph)＝[A(iph),B(iph)]^T， θ_i(jqh)＝[C(jqh),D(jqh)]^T， X(iph+ph)＝x(iph+ph)， A(iph)、B(iph)、C(jqh)、D(jqh)分别表示A(iph)、B(iph)、C(jqh)、D(jqh)的估计值； 再根据递阶辨识的结果得到下一步辅助模型系统的参数： 步骤4：循环步骤2和步骤3直到完成全部双率遥操作系统递阶参数辨识过程。