不确定环境双边遥操作预测控制和透明性分析

摘要

通信时延是双边遥操作系统在稳定的同时，获得高性能的主要障碍。本文通过基于模型的状态预测，将时延引入预测控制框架，来弱化时延的影响，提高系统透明性。双边遥操作透明性指标可以用主从端位置和受力关系来描述。由于力的快变特性，其动态特性难以与位置动态同时建模。在以前的文献中，采用传统的双边遥操作模型，设计目标只能是保证从手对主手的位置跟踪。力的跟踪情况，只是位置跟踪的附属，无法对力的跟踪进行具体设计。而对以力反馈沉浸感著称的双边遥操作系统来说，力跟踪设计将极大提高系统性能。这里我们首次建立了双边遥操作系统的奇异摄动模型。可同时对主从手位置和力跟踪进行设计。在通信时延的处理上，先通过时延削弱方法，削弱时延对状态的影响，然后用时延削弱后的状态建立状态观测器估计系统参数。考虑到操作者动态和环境的不确定性，使用时延弱化后的系统动态，建立了一个自适应输出跟踪问题。利用李雅普诺夫函数分析了系统的稳定性和透明性并求解自适应律。仿真结果表示所给出的自适应预测控制方法有很好的性能，并与其它方法进行了比较验证。