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基于频域性能指标的双边遥操作系统研究

作　者: 侯志林
导　师: 韦庆
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 遥操作双边控制频域性能指标输入频率
分类号: TP242.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 50次
引　用: 1次
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内容摘要

目前,对双边遥操作系统稳定性的研究已经比较深入,而对其操作性能的研究却相当少。随着科技的发展,对双边遥操作系统性能的要求越来越高,如何通过定量的评估函数有效地度量双边遥操作系统的操作性能,最终根据任务要求的性能改善双边遥操作系统,使其达到最优工作效益,是一个极具理论价值与现实意义的问题。针对现有基于阻抗理论的性能度量指标的不足,论文对力反馈双边遥操作系统的性能度量指标展开研究,提出了基于频域的双边遥操作系统性能度量指标,并根据提出的性能度量指标设计了半闭环双边控制器,最后通过双边控制系统实验验证了控制系统的稳定性,并根据实验结果综合分析了该系统的操作性能。论文主要取得了以下四个方面的成果:1.介绍了以往基于阻抗理论的双边遥操作系统性能度量指标,通过分析该指标的物理含义,发现了其中的不足,为提出新的频域性能指标奠定了基础。2.提出了基于频域的双边遥操作系统性能度量指标。以往的双边遥操作系统性能度量指标物理意义含糊,缺乏直观性,不便于理解。针对以往双边遥操作系统性能度量指标的不足,采用频域分析方法,系统地提出了基于频域的双边遥操作系统性能度量指标,并深入地解析了该性能度量指标的物理含义。以Anderson无源性系统为应用实例,分析验证了该指标的实用性和有效性。3.针对空间在轨监测任务需求,以半闭环双边遥操作系统为研究对象,建立其模型,根据提出的性能度量指标,通过频域解析法,在单边时延分别为1秒、3秒、5秒时设计了稳定的频域双边控制器,仿真结果表明系统稳定,同时利用提出的性能度量指标分析了该系统的操作性能。4.根据双边控制系统工作原理,设计了一套双边控制实验系统,包括硬件设计、软件的编写、双边控制算法的设计和时延的模拟。在不同单边时延的情况下进行实验,实验结果表明系统跟踪性能良好。然后将基于性能度量指标设计的频域双边控制器与以往基于Lyapunov稳定性理论设计的双边控制器比较,验证了提出的双边遥操作系统性能度量指标的合理性。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章绪论  11-21
  1.1 论文的研究背景  11-12
  1.2 遥操作技术研究现状  12-19
    1.2.1 国外研究现状  13-17
    1.2.2 国内研究现状  17
    1.2.3 双边控制研究现状  17-18
    1.2.4 研究现状评述  18-19
  1.3 论文的研究内容  19-20
  1.4 论文的组织结构  20-21
第二章基于阻抗理论的遥操作系统性能度量指标  21-27
  2.1 引言  21
  2.2 基于阻抗理论的遥操作系统性能度量指标  21-25
    2.2.1 稳定性  22
    2.2.2 基于阻抗理论的透明性度量指标  22-23
    2.2.3 基于阻抗理论的跟踪性度量指标  23-24
    2.2.4 基于阻抗理论的性能指标的频域定义  24-25
  2.3 基于阻抗理论的遥操作系统性能度量指标分析  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章基于频域的遥操作系统性能度量指标  27-39
  3.1 引言  27
  3.2 基于频域透明性度量指标  27-30
    3.2.1 基于频域透明性度量指标的定义  27-28
    3.2.2 基于频域透明性度量指标的分析  28-30
  3.3 基于频域跟踪性度量指标  30-31
    3.3.1 基于频域跟踪性度量指标的定义  30-31
    3.3.2 基于频域跟踪性度量指标的分析  31
  3.4 基于频域度量指标的应用  31-38
    3.4.1 Anderson方法及其操作性能回顾  31-32
    3.4.2 基于频域透明性度量指标的应用  32-36
    3.4.3 基于频域跟踪性度量指标的应用  36-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章半闭环双边控制系统设计与分析  39-49
  4.1 引言  39
  4.2 半闭环双边控制系统的设计  39-45
    4.2.1 半闭环双边控制系统模型  39-41
    4.2.2 基于性能的双边控制器设计原理  41-42
    4.2.3 半闭环双边控制系统设计  42-45
  4.3 半闭环双边控制系统仿真和性能分析  45-48
  4.4 本章小结  48-49
第五章双边控制系统实验研究  49-63
  5.1 引言  49
  5.2 双边控制实验系统设计  49-56
    5.2.1 硬件设计  49-51
    5.2.2 软件设计  51-54
    5.2.3 主手控制器  54-55
    5.2.4 通信环节和时延模拟  55-56
  5.3 双边控制算法原理和设计  56-58
  5.4 双边控制实验结果及分析  58-62
    5.4.1 双边控制实验及其原理  58
    5.4.2 双边控制实验结果及分析  58-60
    5.4.3 双边控制系统性能综合分析  60-62
  5.5 本章小结  62-63
第六章总结与展望  63-67
  6.1 文章总结  63-64
    6.1.1 文章贡献  63-64
    6.1.2 工作体会  64
  6.2 研究展望  64-67
致谢  67-69
参考文献  69-75
作者在学期间取得的学术成果  75

基于频域性能指标的双边遥操作系统研究

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