網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)延下遙操作系統(tǒng)的暫穩(wěn)態(tài)性能約束控制研究.pdf

1、遙操作系統(tǒng)作為能最大限度發(fā)揮人類和機(jī)械系統(tǒng)各自優(yōu)勢(shì)的遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，目前已被廣泛應(yīng)用于核事故救援、空間探測(cè)、海底作業(yè)和遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域。然而，遙操作系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，一方面主從端之間信息交互不可避免地受到通信帶寬的限制；另一方面主從系統(tǒng)模型不僅具有強(qiáng)烈的非線性特性，且易受到系統(tǒng)模型及參數(shù)不確定和外界工作環(huán)境擾動(dòng)的影響。此外，日益復(fù)雜的工作任務(wù)以及不斷擴(kuò)大的應(yīng)用范圍，對(duì)遙操作系統(tǒng)控制性能提出了越來(lái)越高的要求。如何在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和惡劣工作環(huán)境下

2、，構(gòu)造新的控制策略使系統(tǒng)滿足預(yù)設(shè)的暫穩(wěn)態(tài)性能約束，從而滿足系統(tǒng)對(duì)快速性、精確性、魯棒性等多性能控制指標(biāo)的要求，是本論文擬解決的主要問(wèn)題。本文主要完善了非光滑控制以及預(yù)定性能控制理論，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時(shí)變時(shí)延下的遙操作系統(tǒng)首次提出了不依賴于時(shí)延精確信息的有限時(shí)間及預(yù)定性能控制策略。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)定常以及時(shí)變時(shí)延下遙操作系統(tǒng)的有限時(shí)間零誤差穩(wěn)態(tài)性能約束控制問(wèn)題展開(kāi)了深入的研究，通過(guò)設(shè)計(jì)新穎的非光滑控制策略

3、，保證主從同步誤差在有限時(shí)間內(nèi)趨于零點(diǎn)。定常時(shí)延下，系統(tǒng)性地研究了遙操作系統(tǒng)在狀態(tài)反饋以及輸出反饋下基于終端滑模的有限時(shí)間控制策略的設(shè)計(jì)問(wèn)題；構(gòu)造了兩種新的非奇異快速終端滑模面，解決了常規(guī)終端滑模控制中存在的奇異值問(wèn)題；給出了新的快速有限時(shí)間速度觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法，改善了常規(guī)速度觀測(cè)器觀測(cè)速度慢且能力有限的問(wèn)題。時(shí)變時(shí)延下，提出了新的快速有限時(shí)間參數(shù)自適應(yīng)估計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)不確定參數(shù)的有限時(shí)間精確估計(jì)；完成了不依賴于時(shí)延精確信息的有限時(shí)

4、間控制策略的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步建立了控制器參數(shù)、時(shí)延變化率上界與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系表達(dá)式，降低了系統(tǒng)的保守性。
　　其次，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)定常以及時(shí)變時(shí)延下遙操作系統(tǒng)的暫態(tài)以及有界誤差穩(wěn)態(tài)性能約束控制問(wèn)題，提出了新的預(yù)定性能控制方案。定常時(shí)延下，基于反步遞推策略設(shè)計(jì)了新的預(yù)定性能控制方法，保證遙操作系統(tǒng)漸近收斂的同時(shí)滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)超調(diào)量、收斂速度、收斂精度等暫穩(wěn)態(tài)性能的要求；構(gòu)造了新的自適應(yīng)補(bǔ)償方案，實(shí)現(xiàn)了執(zhí)行器飽和下遙操作系統(tǒng)漸近收斂的

5、同時(shí)滿足預(yù)定的暫穩(wěn)態(tài)性能要求。時(shí)變時(shí)延下，成功引入多維小增益定理，解決了時(shí)變時(shí)延下網(wǎng)絡(luò)化遙操作系統(tǒng)不依賴于時(shí)延精確信息的預(yù)定性能控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題，給出了系統(tǒng)性能方程參數(shù)、控制器參數(shù)、時(shí)延變化率上界與系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系，為系統(tǒng)性能方程參數(shù)和控制器參數(shù)的選取提供了理論依據(jù)。
　　最后，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)定常時(shí)延下遙操作系統(tǒng)的暫態(tài)及有限時(shí)間零誤差穩(wěn)態(tài)性能約束控制問(wèn)題，設(shè)計(jì)了終端滑?？刂平Y(jié)合干擾觀測(cè)器估計(jì)的新的有限時(shí)間控制策略。引入新的同步誤差性能

6、約束函數(shù)，構(gòu)造了新的系統(tǒng)性能轉(zhuǎn)換方程變量，設(shè)計(jì)了新的非奇異快速積分終端滑模面；提出了基于終端滑模思想的快速有限時(shí)間干擾觀測(cè)器，其精確的估計(jì)能力有效抑制了滑模高頻抖振現(xiàn)象的產(chǎn)生；基于障礙Lyapunov方程，構(gòu)造了新的有限時(shí)間控制策略，實(shí)現(xiàn)主從機(jī)器人同步誤差有限時(shí)間收斂至零點(diǎn)的同時(shí)，滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)超調(diào)量、收斂精度、收斂速度等多性能控制指標(biāo)的要求。
　　仿真結(jié)果驗(yàn)證了本論文所設(shè)計(jì)控制策略的合理性和有效性，對(duì)比仿真結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控