網(wǎng)絡誘導時延下遙操作系統(tǒng)的暫穩(wěn)態(tài)性能約束控制研究.pdf

1、遙操作系統(tǒng)作為能最大限度發(fā)揮人類和機械系統(tǒng)各自優(yōu)勢的遠程操作系統(tǒng)，目前已被廣泛應用于核事故救援、空間探測、海底作業(yè)和遠程醫(yī)療等領(lǐng)域。然而，遙操作系統(tǒng)在實際應用中，一方面主從端之間信息交互不可避免地受到通信帶寬的限制；另一方面主從系統(tǒng)模型不僅具有強烈的非線性特性，且易受到系統(tǒng)模型及參數(shù)不確定和外界工作環(huán)境擾動的影響。此外，日益復雜的工作任務以及不斷擴大的應用范圍，對遙操作系統(tǒng)控制性能提出了越來越高的要求。如何在復雜網(wǎng)絡環(huán)境和惡劣工作環(huán)境下

2、，構(gòu)造新的控制策略使系統(tǒng)滿足預設(shè)的暫穩(wěn)態(tài)性能約束，從而滿足系統(tǒng)對快速性、精確性、魯棒性等多性能控制指標的要求，是本論文擬解決的主要問題。本文主要完善了非光滑控制以及預定性能控制理論，針對網(wǎng)絡誘導時變時延下的遙操作系統(tǒng)首次提出了不依賴于時延精確信息的有限時間及預定性能控制策略。論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，針對網(wǎng)絡誘導定常以及時變時延下遙操作系統(tǒng)的有限時間零誤差穩(wěn)態(tài)性能約束控制問題展開了深入的研究，通過設(shè)計新穎的非光滑控制策略

3、，保證主從同步誤差在有限時間內(nèi)趨于零點。定常時延下，系統(tǒng)性地研究了遙操作系統(tǒng)在狀態(tài)反饋以及輸出反饋下基于終端滑模的有限時間控制策略的設(shè)計問題；構(gòu)造了兩種新的非奇異快速終端滑模面，解決了常規(guī)終端滑模控制中存在的奇異值問題；給出了新的快速有限時間速度觀測器設(shè)計方法，改善了常規(guī)速度觀測器觀測速度慢且能力有限的問題。時變時延下，提出了新的快速有限時間參數(shù)自適應估計方法，實現(xiàn)了對系統(tǒng)不確定參數(shù)的有限時間精確估計；完成了不依賴于時延精確信息的有限時

4、間控制策略的設(shè)計，進一步建立了控制器參數(shù)、時延變化率上界與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系表達式，降低了系統(tǒng)的保守性。
　　其次，針對網(wǎng)絡誘導定常以及時變時延下遙操作系統(tǒng)的暫態(tài)以及有界誤差穩(wěn)態(tài)性能約束控制問題，提出了新的預定性能控制方案。定常時延下，基于反步遞推策略設(shè)計了新的預定性能控制方法，保證遙操作系統(tǒng)漸近收斂的同時滿足實際應用對系統(tǒng)超調(diào)量、收斂速度、收斂精度等暫穩(wěn)態(tài)性能的要求；構(gòu)造了新的自適應補償方案，實現(xiàn)了執(zhí)行器飽和下遙操作系統(tǒng)漸近收斂的

5、同時滿足預定的暫穩(wěn)態(tài)性能要求。時變時延下，成功引入多維小增益定理，解決了時變時延下網(wǎng)絡化遙操作系統(tǒng)不依賴于時延精確信息的預定性能控制器設(shè)計問題，給出了系統(tǒng)性能方程參數(shù)、控制器參數(shù)、時延變化率上界與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系，為系統(tǒng)性能方程參數(shù)和控制器參數(shù)的選取提供了理論依據(jù)。
　　最后，針對網(wǎng)絡誘導定常時延下遙操作系統(tǒng)的暫態(tài)及有限時間零誤差穩(wěn)態(tài)性能約束控制問題，設(shè)計了終端滑模控制結(jié)合干擾觀測器估計的新的有限時間控制策略。引入新的同步誤差性能

6、約束函數(shù)，構(gòu)造了新的系統(tǒng)性能轉(zhuǎn)換方程變量，設(shè)計了新的非奇異快速積分終端滑模面；提出了基于終端滑模思想的快速有限時間干擾觀測器，其精確的估計能力有效抑制了滑模高頻抖振現(xiàn)象的產(chǎn)生；基于障礙Lyapunov方程，構(gòu)造了新的有限時間控制策略，實現(xiàn)主從機器人同步誤差有限時間收斂至零點的同時，滿足實際應用對系統(tǒng)超調(diào)量、收斂精度、收斂速度等多性能控制指標的要求。
　　仿真結(jié)果驗證了本論文所設(shè)計控制策略的合理性和有效性，對比仿真結(jié)果驗證了所設(shè)計控