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基于网络时延的遥操作机器人控制研究

作　者: 曹晓青
导　师: 李智军
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 机器人遥操作 网络时延 模糊自适应控制 马尔科夫模型 线性矩阵不等式
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


机器人遥操作系统是一个融合了控制理论、机器人学以及网络通讯的新兴研究领域,在包括医疗手术、深海勘测、太空探索以及核辐射等环境中都有着广泛的应用。在国内,机器人遥操作系统的研究相对于欧美等发达国家来说起步较晚,虽然目前国内在机器人遥操作技术方面已经取得了一些阶段性成果,但是遥操作机器人系统的研究任然具有极大的发展潜力与发展空间。本文首先对遥操作机器人系统作了简要介绍,并针对遥操作机器人系统中存在的网络时延以及动力学参数不确定性等情况,进行了深入研究。本文的重点研究内容包括:1)将遥操作机器人系统分解为两个独立的一阶子系统,设计基于线性、非线性逼近的自适应控制算法并通过李雅普诺夫函数,构造出相应的线性矩阵不等式条件,证明系统的稳定性。2)针对实际网络时延以及遥操作系统动力学模型的复杂性,通过引入马尔科夫随机系统的概念,将遥操作中的时延建模为受马尔科夫链控制的随机时延。3)针对遥操作机器人系统中动力学模型的不确定性,引入了模糊逻辑系统的算法,通过模糊逻辑系统对不确定参数进行非线性逼近,并设计模糊自适应控制器,估计非线性逼近参数并对系统进行控制。4)针对提出的自适应、模糊自适应控制器,分别进行仿真验证,最后进行了实际遥操作机器人平台的实验验证。本文通过对遥操作机器人系统中存在时延以及参数不确定性的两种情况进行了分析和研究,为以后遥操作机器人系统的研究和开发奠定了坚实的理论基础,同时从实验可以看出,本文所提出的自适应算法在实际的应用环境中也具有一定的参考价值。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 课题来源  7
  1.2 课题研究目的及意义  7
  1.3 遥操作相关背景介绍  7-11
    1.3.1 遥操作的定义  7-8
    1.3.2 遥操作发展  8-9
    1.3.3 遥操作研究挑战  9-10
    1.3.4 遥操作研究概况  10-11
  1.4 本章小结  11-13
第二章 预备知识  13-17
  2.1 机器人遥操作系统  13
    2.1.1 机器人遥操作系统动力学模型  13
  2.2 李雅普诺夫稳定性  13-14
    2.2.1 李雅普诺夫稳定性定义  13-14
    2.2.2 李雅普诺夫稳定性基本结论  14
  2.3 线性矩阵不等式（LMI）  14-15
  2.4 随机时延的马尔科夫模型  15-16
  2.5 本章小结  16-17
第三章 基于连续时变时延以及线性逼近的自适应控制  17-33
  3.1 引言  17-18
  3.2 系统描述  18-20
    3.2.1 系统框图  18
    3.2.2 系统动力学方程  18
    3.2.3 控制目标  18
    3.2.4 性质假设  18-20
  3.3 控制器设计  20-23
    3.3.1 系统分解  20-22
    3.3.2 控制算法  22-23
  3.4 稳定性证明  23-28
    3.4.1 子系统X2  23-27
    3.4.2 子系统X1  27-28
  3.5 仿真结果  28-32
  3.6 本章小结  32-33
第四章 基于随机时延的模糊自适应控制  33-54
  4.1 引言  33-34
  4.2 系统描述  34-35
    4.2.1 系统动力学方程  34
    4.2.2 控制目标  34
    4.2.3 性质假设  34-35
  4.3 控制器设计  35-39
    4.3.1 系统分解  35-36
    4.3.2 模糊逻辑介绍  36-38
    4.3.3 控制算法  38-39
  4.4 稳定性证明  39-46
    4.4.1 子系统X2  39-44
    4.4.2 子系统X1  44-46
  4.5 仿真结果  46-53
  4.6 本章小结  53-54
第五章 不对称时延下机器人遥操作系统的力控制  54-70
  5.1 引言  54-55
  5.2 系统描述  55-56
  5.3 控制器设计  56-57
    5.3.1 系统分解  56-57
    5.3.2 控制算法  57
  5.4 稳定性证明  57-60
  5.5 仿真结果  60-64
  5.6 实验  64-69
    5.6.1 实验平台简介  64-66
    5.6.2 实验内容  66-69
  5.7 本章小结  69-70
第六章 结束语  70-71
参考文献  71-78
致谢  78-79
附录一六自由度机械臂动力学方程  79-83

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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