双边遥操作系统广泛应用于航天航空、远程医疗以及电力系统等领域,对于突破人类操控空间限制起到了重要作用。由于遥操作系统中操作者与环境相距遥远,信息传输存在网络通讯时延,导致系统两端的力和位置等信息无法及时交互,将严重恶化遥操作系统的稳定性,降低系统的操控性能。围绕遥操作系统时延问题,相关学者展开了大量研究,然而现有方法仍难以有效降低时延给系统造成的影响。本文针对时变时延问题展开研究,将建立基于位置预测和力预测的时变时延遥操作系统控制方法,有效解决系统稳定性问题,提升系统操控性能。本文主要工作如下:(1)调研了双边遥操作系统的应用场景、技术发展和控制方法,分析了通信时延对系统稳定性和透明性的影响,明确了遥操作技术应用的研究重点。结合调研分析结果,提出了一种基于四通道控制结构的预测控制方法。(2)建立了双边遥操作系统的二端口网络等效模型,给出了透明性分析指标。通过对比遥操作控制结构及其透明性表现,选择在主机器人侧添加对力与位置预测的控制模块,提出了一个基于四通道控制结构的双边遥操作预测控制系统并给出系统稳定性分析方法。(3)针对双边遥操作系统的位置信号时滞问题,研究了位置预测方法。主机器人将获得带时延的从机器人位置信号,因此,采用卡尔曼滤波(KLF)方法对位置信号进行预测。考虑到KLF滤波过程离散性的本质,给出了离散系统等效连续系统的具体方法和过程。利用仿真实验对所提方法进行了验证。(4)针对双边遥操作系统的力信号时滞问题,研究了接触力预测方法。介绍了几个接触力模型的表征方法,讨论了模型的应用特点并给出了接触力模型选取的几个基本要求。为了获得不带时延的从机器人接触力信号,在主机器人侧建立一个基于Hunt-Crossley模型的接触力预测模型,使用带遗传因子的递推最小二乘法,通过快速在线识别环境参数,以此实时修正在主机器人侧的预测力模型。利用仿真实验对所提方法进行了验证。(5)针对所提出的基于力与位置预测的遥操作系统,分析了系统稳定性和操控性能。采用绝对稳定性定理分析系统稳定性,给出系统稳定性边界条件。搭建仿真平台,实现遥操作系统各个模块功能、连接、通信,利用仿真实验对所提方法进行了验证。