移动机器人遥操作系统稳定性分析

论文摘要

随着航天及深海探测技术的发展,遥操作机器人技术的应用越来越广泛,因此针对遥操作机器人的研究也逐渐成为了控制理论研究的热点之一。遥操作机器人系统借助于信息传输网络拓展了机器人的应用空间,实现了机器人的远程操作,使得遥操作机器人技术有了更加广阔的应用前景,利用这种控制方法还可以进行时实远程监控与操作、远程实验与教学、远程医疗、远程作业以及其它潜在的广泛应用。本文对移动机器人遥操作系统的稳定性分析方法进行了研究,主要的工作有:首先,对几种实用的建模方法进行了总结,并确定了时滞系统模型作为本文的研究基础;介绍了几种遥操作系统中使用的典型网络及其特点,并以Internet为例讨论了遥操作系统的网络传输时延分析,时延分析结果为后面章节的时延假设提供了依据。然后分别应用时滞理论和Lyapunov-Krasovskii定理,对遥操作系统的稳定性进行了研究,分别给出了遥操作系统时滞独立和时滞依赖稳定的充分条件,并给出了时滞依赖稳定的最大允许时滞,只要通信网络的传输时延小于该允许时滞,就可以保证遥操作系统是渐近稳定的。在以上研究的基础上,对含有参数不确定性的遥操作系统的稳定性进行了研究,分别给出了该类系统时滞独立和时滞依赖稳定的充分条件,并给出了2个数字仿真算例,通过与已有文献的结果的比较,说明本章提出的判定定理具有更小的保守性。最后,基于TrueTime工具箱设计了移动机器人遥操作控制系统仿真实验平台,并通过移动机器人遥操作仿真实验验证了前文稳定性定理的有效性和仿真平台的实用性。各章的数字仿真实验表明,本文提出的遥操作系统时滞依赖稳定性判定定理不仅实用,且具有更小的保守性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 移动机器人遥操作系统研究的意义
• 1.1.1 国外遥操作机器人的实际应用
• 1.1.2 国内遥操作机器人的实际应用
• 1.2 国内外遥操作机器人系统的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 遥操作系统特点及研究方法
• 1.3.1 信息传递网络的特点
• 1.3.2 遥操作系统建模方法
• 1.3.3 遥操作系统的稳定性分析
• 1.3.4 遥操作系统的仿真研究
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 移动机器人遥操作系统建模及时延分析
• 2.1 移动机器人遥操作系统及其建模
• 2.1.1 移动机器人遥操作系统简介
• 2.1.2 移动机器人遥操作系统建模
• 2.2 机器人遥操作系统中使用的典型网络
• 2.2.1 以太网简介
• 2.2.2 Control Net简介
• 2.2.3 CAN总线简介
• 2.2.4 Internet简介
• 2.3 机器人遥操作系统的网络传输时延分析
• 2.4 Internet时延的测试
• 2.4.1 Internet时延的测试方法
• 2.4.2 Internet时延测试结果及分析
• 2.5 网络时延对控制系统性能的影响
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于R定理的线性时滞系统稳定性分析
• 3.1 预备知识
• 3.1.1 解的唯一性条件
• 3.1.2 Lypunov泛函方法与Razumikhin定理
• 3.2 线性时滞系统时滞独立稳定性研究
• 3.3 线性时滞系统时滞依赖稳定性研究
• 3.4 仿真试验
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于L-K泛函的线性时滞系统稳定性分析
• 4.1 LMI工具箱简介
• 4.2 线性时滞系统时滞独立稳定性研究
• 4.3 线性时滞系统时滞依赖稳定性研究
• 4.4 仿真试验
• 4.5 本章小结
• 第5章 不确定线性时滞系统稳定性分析
• 5.1 不确定线性时滞系统模型
• 5.2 不确定线性时滞系统的时滞独立稳定性研究
• 5.3 不确定线性时滞系统的时滞依赖稳定性研究
• 5.4 仿真试验
• 5.5 本章小结
• 第6章 遥操作系统实验平台设计及仿真实验分析
• 6.1 移动机器人系统运动学模型
• 6.2 True Time工具箱简介
• 6.2.1 True Time工具箱的核心模块
• 6.2.2 True Time工具箱的网络模块
• 6.3 移动机器人遥操作系统仿真试验平台
• 6.3.1 移动机器人系统系统建模
• 6.3.2 转换器模块建模
• 6.3.3 传感器模块建模
• 6.3.4 信息传递网络模块建模
• 6.3.5 控制器模块模型
• 6.4 仿真试验及分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢