基于网络遥操作系统的实时性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文基于网络遥操作系统的实时性能研究博士研究生：陈亭指导教师：叶秀芬教授学科、专业：模式识别与智能系统哈尔滨工程大学2013年3月分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文基于网络遥操作系统的实时性能研究博士研究生：陈亭指导教师：叶秀芬教授学位级别：工学博士学科、专业：模式识别与智能系统所在单位：自动化学院论文提交日期：2012年12月31日论文答辩日期：2013年3月17日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex：U．D．C：ADissertationfortheDegreeofD．EngResearchonreal-timep

2、erformanceforNetwork-basedTeleoperationSystemCandidate：ChentingSupervisor：YexiufenAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：PatternRecognitionandIntelligentSystemDateofSubmission：Dec．31，2012DateofOralExamination：Mar．17，2013University：HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论

3、文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索

4、，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日基于网络遥操作系统的实时性能研究摘要随着网络的发展普及，网络遥操作系统的应用越来越多，比如用在远程医疗方面和远程爆破方面等等。本课题针对当前情况，对基于网络遥操作系统的远程实时性进行研究与设计，旨在减少网络数据传输过程中时变时延、数据丢包等现

5、象对系统的影响，提高系统的整体稳定性和透明性，保证系统稳定性的同时加强远程触觉逼真度。许多学者进行了网络控制系统的鲁棒性研究，提出了多种减少时延和丢包影响的预估计算法，取得了很多成果，但是目前仍然存在一些问题有待于解决。为此，论文首先介绍了课题的背景和意义，并对网络控制系统进行了研究，通过分析、比较各项技术的特点，确定研究方案。本文主要进行了如下研究：利用系统采样时间和时延时间之间的关系，针对网络传输系统往往采用离散方式发送和接收数据，提出了网络离散数据传输过程系统的模型。该模型为设计基于非线性离散数据网络传输系统的自适应预估计算法的研究提供理论支持。针对具有相似结构子系统的网络遥操作模型

6、，利用小增益定理，给出了系统整体输入输出稳定的条件，并证明了该条件的有效性。该条件的提出进一步使设计的预估计算法能够保证系统输入输出稳定。在采用机械臂的力-位置模型的基础上，针对常用的多自由度机械臂提出了一种保证这类非线性系统鲁棒性的反馈控制器的设计方法。通过对设计的反馈控制器进行仿真实验，给出了反馈控制器中各个参数选取的基本调试原则。利用该方法不仅能保证系统的稳定性，参数设定和调节也相对方便。论文针对有效减少时变时延和丢包影响的预估计算法进行了重点研究。目前时变时延影响等网络弊端与系统采样时间共同作用对网络遥操作数据延迟和丢包影响的研究还并不太多。另外，网络数据传输往往都是离散数据，离散

7、数据在网络中传输的变化规律，目前也研究得很少。因此，针对这一状况研究了经过网络传输的数据变化基本原理，分析了系统的采样时间、网络时延时间、数据发送次序和接收次序及网络传输数据之间的关系。根据这些参数的关系设计了一种新型具有自适应功能的预估计算法，并证明了利用该算法的非线性离散遥操作系统的稳定性，给出采用该算法的非线性离散系统的稳定条件。利用仿真实验和实际测试实验证明了该算法的有效性，并根据仿真实验探讨了该算法的改进方向。