[发明专利]一种力反馈双边遥操作稳定控制方法

摘要

本发明公开了一种力反馈双边遥操作稳定控制方法，通过前向通信通道和反向通信通道存在的有界随时时延和主控制模块采用的H∞控制算法，对有界时延情形下的力反馈双边遥操作系统进行稳定控制，并对系统的扰动等不确定性具有较好的鲁棒性，从控制模块采用反演滑模控制算法，实现快速响应，可处理遥操作系统中的各种不确定性，对干扰不敏感。最终达到灵活快速控制，并在稳定控制的前提下提高系统的跟踪性能。

主权项

一种力反馈双边遥操作稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立主机器人动力学模型主机器人动力学模型为：Mm(qm)q··m+Vm(qm,q·m)+Gm(qm)=Fh+τm]]>其中，qm是主机器人的位置向量，是主机器人的速度向量，是主机器人的加速度向量，τm是主机器人的控制力矩，Mm(qm)是主机器人的质量矩阵，是主机器人的离心力和哥式力矢量，Gm(qm)是主机器人的重力矢量，Fh是操作者作用在主机器人上的力；(2)、设计主控制模块的H∞控制算法(2.1)、建立主控制器模块模型：x·(t)=Ax(t)+BEx(t-d(t))+Cω(t)]]>z(t)＝Dx(t)其中，x(t)∈Rn是系统的状态向量，ω(t)∈Rq是外部扰动，z(t)∈Rp是被控输出，Rn、Rp、Rq均表示空间，n,p,q表示空间维数且均为正整数，A，B，E，C，D是具有适当维数的常系数矩阵，d(t)为通信环节的时变时延；(2.2)、设计主控制模块增益矩阵，使H∞性能指标对||z(t)||2＜γ||ω(t)||2成立。(3)、建立从机器人动力学模型从机器人动力学模型为：Ms(qs)q··s+Vs(qs,q·s)+Gs(qs)=τs-Fe]]>其中，qs是从机器人的位置向量，是从机器人的速度向量，是从机器人的加速度向量，τs是从机器人的控制力矩，Ms(qs)是从机器人的质量矩阵，是从机器人的离心力和哥式力矢量，Gs(qs)是从机器人的重力矢量，Fe是环境作用在从机器人上的力；(4)、设计从控制模块的反演控制算法从控制器模块采用的反演控制律为：τs=-k1Ms(qs)z·1+Vs(qs,q·s)+Gs(qs)+Ms(qs)α·1-12M·s(qs)S-1k1z2-k2SS+Fe]]>其中，k1，k2为大于0的常数，z1＝qs‑qm，λ1＞0，S＝k1z1+z2，||S||为S的范数；(5)、在实际操作时，利用主传感器模块测量得到操作者施加给主机器人的力Fh和主机器人的位置qm；利用从传感器模块测量得到环境施加在从机器人上的力Fe和从机器人的位置qs；利用前向通信通道传输由主控制器模块发送的主机器人的位置向量qm给从控制器模块，同时利用反向通信通道传输由从控制器模块反馈的从机器人的位置向量qs给主控制器模块；(6)、主、从控制模块按照各自的控制算法实现对主、从机器人的双边遥操作稳定控制。