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随着Internet网络的出现和迅速发展,Internet网络已成为人们日常生活中获取、共享信息,分布控制,远程医疗康复,远程制造等应用的数据传输平台和交互媒介。由于其低价、方便、可靠、能够将各种各样的设备、仪器仪表等方便连接起来,构成复杂的网络控制系统,它已成为遥操作系统的数据传输媒介之一。基于Internet网络的遥操作系统不仅能够发挥人类智能,而且充分地利用机器人优势,能够高效、低成本的完成长距离、大范围、多交互、动态非线性环境下的复杂任务作业,因此成为遥操作领域研究热点之一。但是由于Internet网络的数据传输具有有限带宽、随机时延、丢包乱序、连接中断等特性,给网络遥操作的稳定性、透明性以及操作性能带来了严重的影响,甚至造成整个网络遥操作不稳定,从而导致任务失败。此外由于复杂的人机交互性,也给网络遥操作系统的分析设计带来不小的难题。本文分析了现有研究的成果,然后主要针对以下几个方面的内容进行研究:
首先,根据网络遥操作系统的任务和控制目标,提出了以基于事件的混杂半张量积模型为参考的半自主预测控制方案,实现了相应的主从端控制软件。该控制方案不仅能充分发挥人的智能优势,而且也能发挥网络遥操作移动机器人的优势,它能很好的满足人机交互控制需求,为网络遥操作系统设计奠定了基础。
其次,深入研究了基于事件参考规划和控制问题。基于事件参考规划与控制系统能够解决时延所带来的问题,能够处理路径规划中的同步协调和未知环境扰动问题,但是引入事件参考后,原系统的能控能观性及其稳定性能否不变则需要进一步深入研究。本文从两个视角研究基于事件系统的能控能观性,即从基于事件的控制系统不改变原系统反馈线性化的条件、以及能控能观分布的秩条件两个方面来研究,其中分布的秩条件更能从本质上说明问题。
然后,根据网络遥操作系统的数据传输特性、人机交互特性以及控制策略等所造成的混杂特性,通过分析现有建模方法的优劣,提出了混杂半张量积建模方法,建立了混杂半张量积模型,之后将其转化为切换系统,深入地研究了系统稳定性问题。
最后,通过直接无源的散射理论变换,设计了一个稳定的虚拟主从手网络移动机器人操作平台,并进行了仿真验证。为了充分提高网络遥操作系统的性能,设计了一个模型预测时延补偿控制方案,该方案首先通过将网络遥操作系统的时延分解为三个部分,然后分别进行预测估计,从而估计出整体时延,接下去对基于半张量积的混杂模型进行补偿,基于此进一步设计了非线性模型预测控制,并通过实验进行了验证。