不確定遙操作系統(tǒng)非線性自適應(yīng)控制研究.pdf

1、在遙操作系統(tǒng)中，操作者操縱主機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)的動作，該動作指令通過通信通道傳輸?shù)綇臋C(jī)器人，從而指揮從機(jī)器人代替人在難以接近的或危險的環(huán)境中完成相應(yīng)的任務(wù)。遙操作系統(tǒng)最重要的性能要求是透明性，即從機(jī)器人可以在其工作的環(huán)境中精確地復(fù)制主機(jī)器人的位置軌跡，而同時主機(jī)器人又可以將從機(jī)器與環(huán)境之間的作用力精確地再現(xiàn)給操作者，使得操作者感覺到好像在直接對環(huán)境進(jìn)行操作。不確定性是降低遙操作系統(tǒng)透明性的重要因素之一，它會導(dǎo)致主從機(jī)器人之間的位置和力跟蹤誤

2、差，甚至引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。
　　本文主要針對遙操作系統(tǒng)的參數(shù)不確定性（主要包括動力學(xué)參數(shù)、運動學(xué)參數(shù)、線性化參數(shù)、非線性化參數(shù)）和外部干擾，分別基于遙操作系統(tǒng)的位置誤差(Position Error Based,PEB)和四通道(4-Channel,4-CH)控制結(jié)構(gòu)，以系統(tǒng)的透明性和穩(wěn)定性為目標(biāo)，研究了遙操作系統(tǒng)新型的自適應(yīng)控制方法。本文主要工作包括以下四點：
　　1）針對遙操作系統(tǒng)中動力學(xué)參數(shù)和運動學(xué)參數(shù)的不確定性，提出了

3、一種基于PEB的自適應(yīng)控制方法。建立了主機(jī)器人/操作者和從機(jī)器人/環(huán)境組合模型；設(shè)計了一種基于PEB的自適應(yīng)控制器，并應(yīng)用Lyapunov理論證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和位置跟蹤誤差收斂性。仿真和分析表明所設(shè)計的控制器可以同時處理這兩種不確定性，并且具有良好的位置和力跟蹤性能。
　　2）針對遙操作系統(tǒng)中線性化參數(shù)(Linearized parameters,LP)不確定性和非線性化參數(shù)(Nonlinearized parameters,N

4、LP)不確定性，提出了一種基于4-CH的自適應(yīng)控制方法。建立了具有NLP不確定性的遙操作系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型；分別對主機(jī)器人和從機(jī)器人設(shè)計自適應(yīng)控制器，融入4-CH結(jié)構(gòu)，并證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、位置誤差收斂性和力跟蹤誤差的有界性。仿真和分析表明所設(shè)計的控制器可以同時處理LP和NLP不確定性，并且具有良好的位置和力跟蹤性能。
　　3）針對遙操作系統(tǒng)中動力學(xué)參數(shù)的不確定性，提出了一種基于4-CH結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)逆動力學(xué)控制方法。給出了遙

5、操作系統(tǒng)的任務(wù)空間非線性動力學(xué)模型；設(shè)計了主機(jī)器人和從機(jī)器人的自適應(yīng)逆動力學(xué)控制器，融入4-CH結(jié)構(gòu)，并證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、位置和力跟蹤誤差的收斂性。仿真和分析表明所設(shè)計的控制器具有良好的位置和力跟蹤性能，不依賴于精確的動力學(xué)參數(shù)，可以產(chǎn)生線性的、解耦的閉環(huán)系統(tǒng)，從而便于對閉環(huán)系統(tǒng)的透明性進(jìn)行分析。
　　4）針對遙操作系統(tǒng)外部干擾和參數(shù)的不確定性，提出了一種基于干擾觀測器的自適應(yīng)控制方法。建立了具有外部干擾的遙操作系統(tǒng)的非線性