时延遥操作系统的非对称双通道波变量补偿法

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1、航空学报ActaAeronaut／caetAstrOnauticaSinicaFeb252017V01．38No．2SSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaaeducrlhkxb@buaa．eduCA时延遥操作系统的非对称双通道波变量补偿法戴沛1’2，黄攀峰1’2一，鹿振宇L2，刘正雄h21．西北工业大学航天学院智能机器人研究中心，西安7100722．西北工业大学航天飞行动力学重点实验室，西安710072摘要：为保证遥操作系统在时延条件下的稳定性，以及减少传统波变量方法的跟踪

2、误差，提出一种非对称双通道波变量补偿法。该方法在前向通道波变量补偿法的基础上，采用能量整定器对反向通道的波变量进行补偿。通过调节波阻抗、滤波器和能量整定器的相关参数可以充分保证遥操作系统的稳定性和跟踪性能。实验结果表明该方法在保证时延遥操作系统稳定性的基础上．速度跟踪平均误差比传统波变量法减少70％以上。力跟踪平均误差比前向通道波变量补偿法减少60％以上。为了比较不同时延下本方法的效果．设计时延分别为3S和0．6S的2种实验。结果表明本方法在不同时延条件下均可以取得较好的效果。关键词：时延；遥操作；波变量；跟

3、踪性能；稳定性中图分类号：V557一．5；TP242．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)02—32022511当前空间探索的需求增多，延长航天器使用寿命，降低维修成本成为各国航天领域研究和工程人员的共识。目前空问安装、维修任务仍旧主要依赖于航天员，这不仅花销巨大，而且威胁到航天员的生命安全¨也。采用人在回路的遥操作技术一方面可以降低空间维护成本，另一方面可以弥补空间机器人在轨操作智能程度不足的缺点。在操作过程中，遥操作给操作者提供了出色的临场感，使操作者不用置身于危险环境中进行操作。但遥

4、操作系统的稳定性容易受到信道中时延的影响[4司，尤其是天地大回路遥操作，其时延区间一般在250ms～3s，普通的控制方法难以保证系统的稳定性。为了保证遥操作系统在变时延条件下的稳定性和性能，李智军等提出自适应模糊控制的方法及智能网络遥操作控制方法邙。9]。针对多个机器人协同遥操作和不定时延的情况，文献E7]中给出自适应模糊控制的方法，并结合马尔可夫过程对随机网络时延进行建模，最后设计一种自适应模糊控制方法。而对于定时延遥操作，Nie—meyer和Slotine提出波变量的方法L1⋯，从而保证遥操作系统在定时延

5、条件下的稳定性。该方法具有在任意定时延下保证系统无源性和稳定性的能力。但是该方法也具有跟踪误差大和存在波反射这两大问题。针对波反射问题，Niemeyer和Slo—tine提出阻抗匹配的方法u“，将从端的控制器等效为与波阻抗相关的阻尼项。该方法消除了波反射，但并不能解决跟踪误差大的问题。Bate等采用去除反向通道波变量从端速度信息的方法L12]，与阻抗匹配方法相比减小了跟踪误差。针对跟踪误差大的问题，Ye和Liu利用操作者感受到的力和从端控制力对前向通道波变量进行补偿的方法u⋯，减小从端的轨迹跟踪误差。I。i收

6、稿Et期：2016—03·16；退修日期：2016—05—18；录用El期：2016—05—23：网络出版时间：2016—05—3014：50网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929V201605301450004．htmI基金项目：国家自然科学基金(11272256，61005062，60805034)*通讯作者E-mail：pfhuang@nwpueduca引用格武：戴沛．黄攀峰，鹿振字．等时延遥操作系统的非对称双通道波变量褥偿法!Jji航空学报。2017，38(2)：3

7、20225DAIP．HUANGPF-LUZY，eta1．Asymmetrictwochannelwavevariablecompensationmethodforteleoperationsystemwithtimedelay!以ActaAeronaut，caetAstronaut／caSin_fca，2017．38(2)：320225320225．1航空学报和Kawashima利用信道中传输的信息对前向和反向的波变量进行补偿的方法[1“，减小从端的轨迹跟踪误差并提高力反馈的逼真度。张永林和宋爱国分析了广义波

8、变量遥操作系统的透明性L15：，给出最小波反射准则和严格阻抗匹配准则。崔艳和居鹤华给出基于波变量的时延双边遥操作系统设计方法[1⋯，在外部主从端之问直接引入PD调整器，提高从端的跟踪性，但力跟踪误差依然存在。空间遥操作系统的稳定性和透明性是相互对立的2种性能，相对于波变量方法而言，可以保证遥操作系统在时延条件下具备较强的稳定性，但相应的跟踪性能会受到影响。波变量补偿法分为前向通道补偿和双向波变量补偿