巡检小车变时延无线遥操作系统的控制研究

摘要

遥操作技术拓宽了人类在危险或者恶劣环境下作业的范围，它在很多领域都得到了广泛的应用，是目前机器人领域中比较前沿的热点研究内容。巡检小车作为移动机器人的一个分支，具有道路障碍识别、自动控制和环境检测等功能，便于提取复杂环境的重要信息。
　　巡检小车遥操作系统中引入无线网络技术，不可避免地导致网络通讯时延的产生，对系统的稳定性带来影响，增大系统的控制难度。因此，本文主要研究巡检小车遥操作系统在无线网络环境下的控制方法，其主要工作有以下几个方面：
　　首先，根据巡检小车的运动状态与偏差关系建立其数学模型，并对巡检小车遥操作系统在网络变时延下的稳定性影响进行了分析。
　　其次，通过对无线网络时延进行分析，给出计算网络时延的模型。在此基础上，重点分析平均时延窗口（ADW）的时延预测方法，针对其在网络时延剧烈变化时无法有效预测的不足，提出误差修正预测模型，进而设计了一种改进的ADW预测方法，并对预测结果进行分析。
　　然后，根据典型的小车运动动态响应误差曲线，建立系统动态特性的特征模型。结合仿人智能控制和Smith预估控制的优点，在Smith预估控制的时延补偿作用下，根据巡检小车不同的运动状态，利用开、闭环混合控制来减小网络通讯时延的影响，提出一种有效的HSIC-Smith控制算法。
　　最后，为了解决仿人智能控制器参数难以整定的不足，采用基于模糊控制理论的参数在线整定方法，对系统的误差及误差变化率模糊化处理，利用其变化趋势的模糊信息，对仿人智能控制的参数进行实时调节。
　　通过仿真实验验证表明，文中方法对时延的变化有较好的适应能力，控制系统的稳定性和动态特性均优于PID-Smith预估控制。

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1 绪 论

1.1 研究背景及应用

1.2 课题的提出与研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文主要内容及章节安排

2 巡检小车数学模型及Smith预估控制

2.1 运动数学模型

2.2 时延系统一般概念

2.3 Smith预估控制

2.4 本章小结

3 无线网络时延分析及改进时延辨识器设计

3.1 无线网络的特点

3.2 无线网络时延分析

3.3 无线网络传输时延计算模型

3.4 时延的预估方法研究及改进

3.5时延预测结果对比

3.6 本章小结

4 变时延的HSIC-Smith控制方案

4.1 HSIC的基本思想

4.2 HSIC的相关概念

4.3 HSIC的优点

4.4 HSIC的设计步骤

4.5 仿人智能控制的基本算法

4.6 巡检小车HSIC-Smith控制器的设计

4.7 本章小结

5 HSIC-Smith变时延控制参数整定及实验结果分析

5.1 模糊控制的原理

5.2 模糊控制的优点

5.3 HSIC参数的在线模糊整定

5.4 实验验证

5.5 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

附 录