时延遥操作系统控制的波变量法

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1、万方数据第36卷第5期2007年10月信息与控制lJdo丌nationandConLrnlV01．36．No．5Ocl．．2007文章编号：1002—041l(2007)05—0616—07时延遥操作系统控制的波变量法张永林h2，宋爱国1(1东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京210096；2．江苏科技大学电子信息学院．江苏镇江212加3)摘要：时延稳定性是遥操作系统而临的难题之一．基于无源性理论的波变量法可以保证遥操作系统在任意时延下稳定。已成为遥操作控制系统设汁的一个重要方法．本文对渡变最法的理论基础、波变量与渡控制器、实际使用中的注意事项以及波变量法的最新

2、进展做了系统的、全面的阐述，并指出其未来的研究方向．关键词：遥操作；时延；控制；波变量中图分类号：TP24；什18文献标识码：BWaveVariableA即r∞chtoTime—delayedTdeoperationSystemControlZHANGYong_li玎1一，SONGAi．gu01(1．＆^o甜矿抽由1删吡＆k懈彻d鲫i删唧．sD“妇‰觇嘶，-Ⅵl，归g210096，mⅢo；2．＆Ⅷ0，胁口rDn妇d耐删狮Ⅱ叫缸n卧s嘶mg，知“昏眦(艟℃n吖矿＆☆，矬帆dM咖．z‰4愕212003，吼fM)A№ct：O耻ofthedimcuhpmblelIlsi

3、nteleope叫io“syBtemsisthestabilityImderdmedelaysWavev撕ablemethodba$ed0rIp曲Biv蚵c蛐en8I-reteleop哪tor吐abiutywi山arbitr8rytimedelaysaIld}1鹳beco【岫蚰imp叫anl邛∞tllodfortel。叩e州彻syslemc叩tr01lerdesign．Thi8p8perdiscu8s船theovemUi鹪uesofwavevariablemethod，includiIlg“stheo瞅icalf哪ndati蚰B，wgvev8riable肌dw8

4、Yecontmuer，problemsinpmcdcal印plic砒ionandi协l砒-estdevelopmenb，andthe“pointsouti协fmu弛毗udydirecnolls．1【eywords：tele叩emtio“；nI鹏delay；c衄tml；wHvevariable1引言(Introduc廿on)遥操作系统能将人所在的本地的命令和行为传送并作用到远端，实现对远端环境的操作和控制，从而极大地提高操作者的安全性和工作效率，节约成本，更高效更台理地利用人力资源，实现多方协调作业等，目前，遥操作系统已成功地运用在太空探索、深海作业、核材料处理⋯

5、、远程微创外科手术”o等领域，并且在工业、服务、医疗、国防等更多的领域有着广泛的应用前景．由于信号传输速度、信道带宽等因素的限制，主从端必然存在通讯时延．对于一个原本稳定的双向反应遥操作系统而言，很小的时延也有可能导致整个系统不稳定”1．为处理时延问题，在遥操作系统中相继提出或应用了很多控制策略，如：阻抗控制(impedancecont“)、预测控制(predictivecontroI)、监督控制(8upeⅣi∞rycontroI)、共享柔顺控制(sharedcompuaIltcontml)等”“1．然而，用这些方法来解决遥操作系统时延稳定问题远远没有达到令人满

6、意的程度．1989年，Raiu首先用二端口网络理沧来分析力反馈遥控机器人系统，并指出导致系统不稳定的原因在于时延造成了通信环节的有源性”1．随后，An-derson和spong利用散射算子分析法，提出了一种无源控制算法来解决传输线的有源性”1．1991年，Nienleyer和S10hne基于无源性理论，从能量传递的角度出发，提出了波变量(wavevdable)的概念，并通过渡变换的方法导出了一种无源控制算法”J．此后，波变量法一直是遥操作研究的一个热点，并成为一种保证系统对任意时延稳定的重要方法”“w．鉴于目前国内尚未有专门介绍波变量法的文章，本文对波变量法的理

7、论基础、波变量与波控制器、实际使用中的注意事项以及波变量法的最新进展做了系统的、全面的阐述．2波变量法的理论基础(n增omticalfo呻-收稿口期：2006—08一“基金项目：国家863计划资助项目(2002^^7420鹌)；国家自然科学基金资助项目(60475034)；霍英东青年教师基金资助项目(91055)万方数据5期张永林等：时延遥操作系统控制的波变鼍法617datioI塔ofwaveva—ablemethod】确定2．1二端口网络模型由于力、速度和电压、电流等存在着对应等效关系，因此可以利用这种关系将遥操作系统表示成一个二端口网络模型”o(见图1)．图

8、中，主端、通信模块、从端