力覺接口系統(tǒng)的性能優(yōu)化設計及穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展及其在醫(yī)學、娛樂、藝術與教育、軍事及工業(yè)制造等領域的應用，國家也越來越重視這一前沿技術的研究，并將這一研究列入了《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》。力覺(力感覺)作為虛擬現(xiàn)實的重要組成部分，同視覺、聽覺一樣，都是虛擬現(xiàn)實中信息傳遞的重要方式，力覺接口系統(tǒng)的應用對于提高虛擬現(xiàn)實的自然性和沉浸感具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實作用。
　　在本課題的研究中，以單自由度力覺接口系統(tǒng)為研究對象，分

2、析研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性和透明性。分別建立操作者、力覺接口裝置、虛擬環(huán)境的模型，用MATLAB/SIMULINK研究模型參數(shù)對系統(tǒng)的影響進行，著重分析力覺接口裝置模型的物理阻尼的對系統(tǒng)穩(wěn)定域的影響。仿真分析操作者對系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有促進作用，所以在力覺接口系統(tǒng)的分析中不考慮操作者的阻抗特性，將其等效為一個輸入信號，以簡化分析過程和難度。用勞斯—赫爾維茨判據(jù)求解系統(tǒng)的穩(wěn)定域，用仿真結果的比較說明無源性設計具有很大的保守性，且降低了系統(tǒng)的透明性。為

3、了提高系統(tǒng)的透明性，提出了絕對穩(wěn)定性設計，同時引入虛擬耦合環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)對任意無源的操作者和虛擬環(huán)境都能保持穩(wěn)定。將力覺接口系統(tǒng)等效為雙端口網絡結構系統(tǒng)，根據(jù)線性時不變雙端口網絡的萊威林準則，給出系統(tǒng)的絕對穩(wěn)定條件。
　　為了量化分析系統(tǒng)的性能，定義了Z?width概念，對比分析虛擬耦合環(huán)節(jié)及不同參數(shù)對Z?width的影響。用Z?width的仿真結果比較虛擬耦合環(huán)節(jié)在不同的穩(wěn)定域內對系統(tǒng)性能的影響。同時，根據(jù)H2理論設計一個基于絕對