论文时延遥操作系统研究康乔.docVIP

时延遥操作系统的能量观测与控制研究进展 周生龙,宋爱国 ( 东南大学仪器科学与工程学院远程测控技术江苏省重点实验室, 江苏南京 210096) 摘要: 能量观测与控制方法基于无源理论, 在有源网络端口观测力和速度(位置)信号, 分析并动态补偿能量以保持网络稳定, 无需控制对象模型信息和通信传输时延估计。综述了时延遥操作系统的一端口和二端口网络能量观测与控制方案的研究进展, 讨论了存在的主要问题, 并指出进一步研究的方向为定量分析操作性能、改进控制器工作条件、克服传感器影响和安全操作等。 关键词: 时延; 遥操作; 能量观测与控制。 中图分类号: TP242. 3 文献标识码: A 文章编号: 1000- 8829( 2010) 10- 0001- 05 Research on Energy Observing and Control for Time Delay Teleoperation Systems ZHOU Sheng long, SONG Aiguo (Remote Measuring and Control Jiangsu Province Key Loboratory, School of Instrument Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China) Obstract: Passivity based energy observing and control (EOC) monitors force and velocity /posit ion at non passive network port for energy, analyzes and dynamically compensates energy to stob ilize systems neither with controlled system mode l information nor signal transport de lay time estimation. The research of one port and two port network energy observing and control for time delay teleportation system s is summarized and main problems are discussed. Better controllers, quantitative tele operation performance analysis, overcoming sensor effect and safe operation are pointed out further research. Key words: time delay; tele operation; energy observing and control 遥操作起源于上世纪40年代, 在外层空间机器人探索、深海科学研究、危险环境作业、移动机器人、基于Interne t的远程医疗等领域被广泛的研究和应用[ 1- 5] 。Sheridan等通过实验研究指出了通信传输时延对遥操作系统的影响[ 6] 并引起了极大关注。半个世纪以来克服遥操作系统通信环节时延、建立稳定的系统、获得透明操作性能一直是国内外研究人员不懈努力的方向, 他们先后提出了无源理论、现代控制理论和虚拟现实等控制和算法[ 7- 13 ] , 在一定程度上解决了时延遥操作系统的稳定性问题, 同时尽可能地实现了更好的临场感。通常使用固定阻抗来补偿时延的影响。网络端口能量观测与控制方法[ 14] 基于无源理论, 直接观测系统端口的参数(力和速度/位置), 计算网络能量, 判断是否无源。若有源, 则引入一个环节, 仅仅消耗使系统有源的能量, 通过能量补偿达到保持系统无源稳定的目的。该控制方法最初用来解决触觉再现接口系统中接触刚性虚拟墙的不稳定性问题, 收稿日期: 2010- 03- 17 基金项目: 国家863高技术项目( 2008AA040202); 教育部创新 工程培育资金项目( 708045) 作者简介: 周生龙( 1974 ), 男, 四川南充人, 在读博士生, 主要 研究方向为时延遥操作机器人; 宋爱国( 1968 ), 男, 教授, 博 士生导师, 主要从事机器人传感与控制技术、康复工程研究。 其在无时延的本地触觉接口系统中已经得到广泛讨论[ 15- 17] , 许多研究人员还尝试将其推广到时延双边遥操作系统。尽管为了维持系统无源引入补偿阻抗会降低操作性能, 并且还需要解决一些关键问题, 但因其具有不需