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1、·1·时延遥操作系统的能量观测与控制研究进展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
2、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)10-0001-05ResearchonEnergyObservingandControlforTimeDelayTeleoperationSystemsZHOUShenglong,SONGAiguo(RemoteMeasuringandControlJiangsuProvinceKeyLoboratory,SchoolofInstrumentScienceandEngineering,Sou
3、theastUniversity,Nanjing210096,China)Obstract:Passivitybasedenergyobservingandcontrol(EOC)monitorsforceandvelocity/positionatnonpassivenetworkportforenergy,analyzesanddynamicallycompensatesenergytostobilizesystemsneitherwithcontrolledsystemmodelinformation
4、norsignaltransportdelaytimeestimation.Theresearchofoneportandtwoportnetworkenergyobservingandcontrolfortimedelayteleportationsystemsissummarizedandmainproblemsarediscussed.Bettercontrollers,quantitativeteleoperationperformanceanalysis,overcomingsensoreffec
5、tandsafeoperationarepointedoutfurtherresearch.Keywords:timedelay;teleoperation;energyobservingandcontrol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Internet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
6、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,
7、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,但因其具有不需要被
8、控系统模型信息、不估计信号传输时延、动态补偿等优点,在复杂时延和非结构多样环境等遥操作系统中具有良好应用前景。本文首先介绍网络端口能量观测与控制方法的配置和基本算法,然后归纳总结一端口和二端口网络能量观测控制方法在时延遥操作系统中的研究现状,讨论存在的主要问题并展望进一步研究的方向。1网络能量观测与控制1.1能量观测考虑M个端口的网络N,若所有端口能量参数F时延遥操作系统的能量观测与控制研究进展1(t)和V(t)
