基于TCP_IP网络的远程控制系统的研究基于TCP_IP网络的远程控制系统的研究.pdf

基于TCP/IP网络的远程控制系统的研究 任长清王晓峰陈之龙马树元吴平东 北京理工大学机械工程与自动化学院，北京 100081 摘妥，本文论述了远程控制系统的研究现状，阐明了基于TCP/IP网络的远程控制系统的总体构架，通过分析 系统的各个组成模块的功能以及可能出现的问题，不仅提出了解决问题的基本策略和方法，而且就某些问题进 行了初步了研究。 关性闷:TCP/IP网络;远程控制;延时;不确定性 1, 引 官 随着科学技术的快速发展，人们对远程控制系统的研究给予了越来越多的关注。借助于远 程控制系统，人们可以实现从前无法实现或不易实现的任务，诸如在极限环境下 (如太空、深 海和地下)的作业、地震等大规模自然灾害现场的抢救和重新建设工作、核能发电厂的维修和 操作等等，所有这些工作都需要人们能够在安全场所对危险环境的机械或系统进行操作和精密 控制。 国内外一直在进行远程操作和控制方面的研究开发工作。早期的工作主要是针对特定对象 如工业机器人、建筑机械等的远程操作，即大家通常所说的遥操作。其研究手段一般是借助于 一定范围的物理介质，通过计算进行远程操作，因此，远程控制和操作的距离受到了限制。11.21 互联网技术的出现和发展，打破了相隔两地之间的信息进行传递和交换时在时间和空间距离上 的限制，为实现任何人在任何时间、任何地点对任何设备进行远程操作和控制创造了条件，从 而使得实现真正意义上的远程操作和控制成为可能。 国外已经在应用互联网进行远程操作和控制方面展开了研究，但是主要局限于通过互联网 对远程机器人进行遥操作。其中国外研究方面较为典型的是澳大利亚的Weatem大学研制的 AustraliasTelerobot，这套系统是对一个具有六个自由度的机器人进行远程操作。用户使用浏 览器登录该网站 (http/:/)，获取一定的控制权限之后，就可以通过互 联网控制机器人，遥操作机器人完成摆设基于X,Y,Z坐标系的积木的任务。[1-51而在国内 清华大学也进行了大时延环境下分布式遥操作系统的研究，主要用于解决航天机器人遥操作过 程中所遇到的大时延问题。16〕哈尔滨工业大学则进行了基于计算机网络的远程加S.1_况信息 集成技术的研究，171而华中理工大学则就设备远程诊断系统的建立和实现做了一定的研究。181 可以看出，目前在互联网上进行传递与控制的主要信息形式是文字、声音、静态及动态的 图像等传统意义上的多媒体信息，更确切地说在互联网上传递的主要是静态信息，系统对信息 的实时性要求不是很高，这在当前的互联网状况下是可以得到满足的。然而，更加具有实际意 义的是控制系统动态信息的实时传递。但通信时间滞后、通信故障对策是当前互联网的主要弱 点，因此这方面的研究和开发，国内外均处在 “黎明期”。191 2,系统盛体构架 对于一个典型的反馈控制系统，当引入网络环节之后，其结构如图I所示。显然，基于互 一 193- 联网的远程控制系统，由于系统回路中引 进了互联网环节，就不可避免地存在通讯 延时的问题。当控制系统的信息传输延时 接近、大于、甚至远远大于系统的采样周 期时，将对系统的性能有很大的影响。 此外，由于目前互联网中路由器多是 图t 引入互联网环节的远程控制系统结构图 采用动态路由协议依据网络负载状况来选 择信息的传递路由。互联网负载的实时变化，造成信息的传递路由动态变化，从而导致信息传 递延时具有不确定性，这也是基于互联网的远程控制系统必须面对的难题。 基于上述分析，结合实验室的条件，提出如图2所示的系统构成，目的就是引入基于TCP/IP 协议的网络环节，在保证系统稳定性的前提下，通过智能控制算法改善系统响应性能 实现远 程控制系统的实时控制。之所以采用液压伺服系统作为研究对象，是因为液压控制技术是各种 远程操作机器人或操作机械的最基本的运动控制技术，其运动特性和光、机、电等控制技术基 本上是一一对应的，因此研究得出的关于远程控制的研究结果具有普遍性。 图2基于TCP/IP网络的远程液压控制系统 基于上述系统，下面详细5ifilT}zRfi1IzF3F}rA4}J 以戊各Ilm:tu`JlA能 可能遇到的问题以 及相应的解决策略和方法。 I. 整个系统采用客户机 (本地计算机