多自由度遥操作机器人可靠性控制研究

本文针对多自由度遥操作机器人的可靠性控制问题进行了研究,采用时延估计在线获得机器人系统的未知动力学和外界干扰,并在控制过程中加以补偿.这里,我们利用一些满足一定概率分布的不相关的随机变量来表示遥操作机器人的概率性执行器故障.通过考虑遥操作机器人的概率性执行器故障和控制时变时延,我们建立了新的遥操作机器人模型.在此基础上,研究了遥操作机器人的可靠性控制.通过使用Lyapunov稳定性方法和随机系统理论,得到了遥操作机器人的执行器概率分布依赖的渐近均方稳定的充分性条件,其中该条件是以线性矩阵不等式的形式给出,从而非常便于计算机转化为凸优化问题进行求解.最后用一个仿真算例来验证本文给出方法具有以下作用:首先,在考虑遥操作机器人的概率性执行器的故障的情况下,本文提出方法可以很容易地得到控制输入时延的上界;其次,在不考虑遥操作机器人执行器故障时,本文提出方法依然可以使用;最后,在考虑遥操作机器人的概率性执行器故障时,本文提出的方法都可以为其设计理想的控制器.     

基于Internet多操作者多机器人的遥操作系统的研究

近年来基于Internet多操作者多机器人MOMR(Multi-Operator-Multi-Robot)协作成 为许多学者关注的对象．相对于单操作者单机器人SOSR(Single-Operator-Single-Robot )遥操作任务的单一性和局限性，MOMR在群体作业如：设备维护、建筑建造、外科手术等许 多场合具有明显的优势．对于危险或难以到达的环境，MOMR遥操作系统的控制成为一个主要 问题． 本文综述了基于Internet 的MOMR系统的结构、概念以及国内外的研究现状，并讨论了MOMR 系统存在的主要问题和各种协调(或协作)控制方法．     

半张量积理论在网络遥操作系统中的应用

研究了网络遥操作系统的半张量积建模问题.网络遥操作系统中存在人机交互以及大时延事件,这使得系统中既有离散事件动态又有连续动态,当系统的离散事件动态与底层连续动态相互作用耦合强烈时,系统的性能、行为分析变得更为复杂.本文通过引入半张量积给出了一种新的半张量积混杂建模方法,它把一类特定事件系统建模为布尔系统,通过半张量积方法得到类似于离散动态系统的方程.它将系统中离散事件和连续动态相互耦合的地方表达为半张量积的形式,最后经过扩张简化得到完整统一的系统数学模型,它将有利于进一步分析、计算.本文给出的半张量积建模方法和步骤具有一定的通用性和一般性.此外本文还对基于半张量积的混杂网络遥操作系统模型进行了基于事件控制和时间控制的仿真.仿真结果表明,半张量积建模方法完全可信、可行,基于事件控制的方法在网络遥操作控制中明显优于基于时间控制的方法.     

竞争型遥操作机器人系统的研究

针对军事、反恐等领域遥操作机器人特点,首次系统地提出竞争型机器人遥操作系统的概念,并将其与传统协作型机器人遥操作系统进行比较分析,从而得出竞争型机器人遥操作系统的研究重点和特点．在此基础上,构建了一个基于网络的竞争型机器人对弈系统,为今后该方向的研究提供了新的思路．     

基于时域无源性控制的六足机器人双边触觉遥操作

随着六足机器人研究工作的深入,针对其遥操作系统的开发面临诸多挑战.为了弥补松软接触条件对系统可控性及稳定性的影响,提出一种基于时域无源性控制(time-domain passivity control,TDPC)的六足机器人双边触觉遥操作方法.其主从两端采取位置-速度的交互模式,通过分析足-地柔性接触的作用机理,构建无源观测器和无源控制律以补偿足底滑移所导致环境系统的潜在有源性,采用速度跟踪模式设计基于触觉力反馈的系统控制架构,并利用Llewellyn准则确定控制律参数的稳定范围.最后,搭建半物理仿真实验平台并验证所提出的双边触觉遥操作方法在松软地形条件下能够保证六足机器人遥操作系统的稳定,且兼具较好的持续跟踪能力.     

基于网络的多机器人遥操作系统中的人机交互研究

针对基于网络的智能机器人遥操作系统中人机交互的主要难点和现有方法的不足，结合基于网络的多机器人遥操作系统的特点，应用多模式控制的方法丰富了操作者与机器人系统的交互途径，提高了操作效率。在此基础上，为解决网络时延给多机器人遥操作系统中的人机交互带来的问题，提出了一种带有时间标记的基于事件的方法，在保证系统稳定运行的同时提高系统的效率和性能。实验表明了所研究的方法的有效性和优越性。     

遥操作旋转运动梁系统多目标优化控制研究

本文以旋转运动柔性梁为对象,采用基于胞映射的多目标优化方法进行遥操作系统双边控制研究.首先建立遥操作旋转运动柔性梁系统动力学方程,其次考虑信号传输时滞和系统主从端跟踪误差信号设计主端控制器和从端控制器,并利用Lyapunov稳定性理论获得保证闭环控制系统稳定的控制增益所需要满足的条件.由于满足稳定性条件并不意味着好的控制性能,最后利用基于胞映射的多目标优化方法进行优化控制设计,得到同时满足多个不同目标的控制增益的Pareto最优解集.仿真结果表明所获得的控制增益能够有效实现遥操作系统主从端的信号跟踪,并且操作者能够及时感受到从端环境的变化.     

自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制

作为空间操控的重要手段, 空间遥操作将趋向于更精细和更灵活. 然而传统的空间遥操作控制方法难以兼 顾操作的精细性和灵活性. 针对这一问题, 本文阐述了一种面向自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制方法. 首先根据自由飞行空间机器人的动力学模型, 设计了空间遥操作分数阶PID控制系统. 其次, 针对空间遥操作时滞 系统和系统的鲁棒性和抗干扰性要求, 基于系统的参数稳定域, 对分数阶PID控制器的参数进行整定. 最后, 数值仿 真和地面遥操作实验验证了分数阶PID控制器的跟踪性能、抗干扰性、鲁棒性和抗时延抖动性能. 因此, 本文设计的 分数阶PID控制器不仅适合于空间遥操作复杂时滞系统, 而且可以满足未来空间遥操作任务的发展需求.     

临场感遥操作机器人系统克服时延影响的研究发展策略􀀂

时延问题是临场感遥操作机器人系统中亟需解决的首要问题.为了了解临场感遥操作机器人系统克服时延影响的研究发展策略及其最近的研究进展;指出基于虚拟现实技术的临场感遥操作机器人系统是今后临场感机器人技术研究和发展的主潮流;认为致力于设计并研究对几何建模误差和动力学建模误差均具有鲁棒性的临场感遥操作机器人系统,才是有效地解决系统通信时延问题,并使其系统稳定,又具有良好可操作性的切实可行的办法.     

一种基于Internet 力觉临场感遥操作无源控制算法

将Internet技术引入到力觉临场感遥操作系统是目前一个具有广阔应用前景的研究方向。由此，针对基于Internet力觉临场感遥操作系统所面临的变时延稳定控制问题，提出了一种基于波积分传输的无源控制算法。经过仿真，证明本算法可保证系统的无源性，并获得较好的操作性。     

Call for Papers New Trends in Theory and Applications of Complex Control Systems Special Issue in Journal of Control Theory and Applications

In recent years, modeling and control of complex systems, in particular complex nonlinear systems, have been one of the most active fields in the community of system and control. Various methods such as adaptive control, switching control, distributed and network-based control design methods have been proposed to cope with the complexity of systems under appropriate mathematical assumptions. However, considerable efforts are still needed in order to bridge the gap     

Call for Papers New Trends in Theory and Applications of Complex Control Systems Special Issue in Journal of Control Theory and Applications

In recent years modeling and control of complex systems, in particular complex nonlinear systems, have been one of the most active fields in the community of system and control, Various methods such as adaptive control, switching control, distributed and network-based control design methods have been proposed to cope with the complexity of systems under appropriate mathematical assumptions. However, considerable efforts are still needed in order to bridge the gap between the theory and application. In particular, there have not been many key industrial applications reported so far. One of the main reasons for this gap is that many complexities and nonlinearities encountered in practice do not satisfy the mathematical assumptions of the available results.     

基于PCI-1711L的网络遥操作机器人实验系统的研制

本文主要阐述了由PCI-1711L数据采集卡和VC++6.0编程语言组成的网络遥操作机器人实验系统的硬件组成及软件设计,并对如何通过PCI-1711L来进行数据采集和设备控制等关键问题进行了探讨。实验结果表明,该系统设计可靠,人机界面友好,可以很好的完成网络遥操作机器人实验系统中位置和力信号的测量。     

城市高速道路交通控制方法研究的回顾与展望

本文首先阐述了城市高速道路交通系统存在的关键问题和交通控制研究的必要性,然后通过 高速道路实测曲线说明了该类型交通控制的特点,并对现有的城市高速道路控制三种方法进 行评述,从中选择了现在广泛采用的入口匝道控制法进行深入探讨．在详细论述各种入口匝 道控制方法的适用场合和局限,提出了采用分层递阶智能控制理论和多目标优化的方法实现 城市高速道路与普通道路的综合集成控制以取得城市综合交通系统的效益最优的研究方向     

有限频域分析与设计的广义KYP引理方法综述

频域方法是控制理论与工程领域的一种基本研究手段,许多控制问题都可归结为有限频域性能指标的分析与综合问题.广义Kalman-Yakubovich-Popov（KYP）引理建立了频域方法（传递函数）与时域方法（状态空间）之间的一座桥梁,成为近年来系统与控制理论领域的研究热点之一.本文首先从信号和系统两个角度阐明有限频域分析与设计的背景和意义,并依次讨论三种主要研究方法（经典控制理论方法、频率加权法和广义性能指标法）各自的优缺点.然后简单介绍广义KYP引理的主体内容,并详细总结当前基于广义KYP引理的有限频域分析与设计的主要方向及研究进展.最后给出在使用广义KYP引理时很重要但容易忽视的几点注记,同时指明该领域目前存在并值得未来进一步研究的关键问题.     

不确定非线性系统控制方法概述

不确定非线性系统的控制是目前国内外自动控制领域研究的一个热点。主要总结了近年来不确定非线性系统的控制方法，并分析了各种方法的优缺点。最后探讨了这一研究领域的研究趋向。     

多智能体系统的事件驱动控制

近年来事件驱动控制发展迅速,并引起了多智能体系统领域研究者的极大关注.本文对基于事件驱动控制的多智能体系统的研究现状进行综述.从智能体动力学角度,分别对这个领域的一些代表性成果和研究方法进行了归纳总结.进一步,论述了边事件驱动控制策略下的多智能体系统的研究成果.随后,利用一类新型事件驱动控制来探讨多智能体系统的一致性问题.最后,给出了尚未解决的问题和未来值得关注的研究方向.     

Stochastic algorithms for robustness of control performances

In recent years, there has been a growing interest in developing statistical learning methods to provide approximate solutions to “difficult” control problems. In particular, randomized algorithms have become a very popular tool used for stability and performance analysis as well as for design of control systems. However, as randomized algorithms provide an efficient solution procedure to the “intractable” problems, stochastic methods bring closer to understanding the properties of the real systems. The topic of this paper is the use of stochastic methods in order to solve the problem of control robustness: the case of parametric stochastic uncertainty is considered. Necessary concepts regarding stochastic control theory and stochastic differential equations are introduced. Then a convergence analysis is provided by means of the Chernoff bounds, which guarantees robustness in mean and in probability. As an illustration, the robustness of control performances of example control systems is computed.     

Efficient nonparametric identification for high-precision motion systems: A practical comparison based on a medical X-ray system

The need for accurate knowledge of complex dynamical behavior for high-performance mechatronic systems led to the development of a vast amount of nonparametric system identification approaches over the recent years. The aim of this paper is to compare several proposed methods based on experiments on a physical complex mechanical system to bridge the gap between identification theory and practical applications in industry where basic identification approaches are often the norm. Typical practical implications such as operation under closed-loop control, multivariable coupled behavior and nonlinear effects are included in the analysis. Finally, a possible approach for fast and reliable identification is illustrated based on measurement results of an interventional medical X-ray system.     

A novel CRDT-based synchronization method for real-time collaborative CAD systems

CRDT (Conflict-free Replicated Data Type) has been proposed as an alternative synchronization mechanism for collaborative text editing systems in recent years. However, CRDT-based synchronization methods for collaborative systems with sophisticated objects, such as collaborative CAD (Co-CAD) systems, are rarely investigated in previous literatures. How well CRDT-based synchronization methods for Co-CAD systems could perform remains unknown. This paper presents a novel CRDT-based synchronization method to maintain eventual consistency for the feature-based CAD model. Firstly, three operation relations are defined as the dependency-conflict relation, the mutual exclusive relation and the compatible relation in context of the feature-based CAD systems. Secondly, a feature-based conflict detection mechanism is proposed to detect the three relations. Thirdly, a feature-based conflict resolution approach under the CRDT framework is presented to solve the conflicts. Fourthly, the time complexity and the space complexity are analyzed in theory. Finally, case studies of collaborative modeling procedures verify the correctness and feasibility of the proposed method.