资料简介：
毕业设计 基于鲁棒控制的网络遥操作机器人系统研究，共100页，45533字。
目录
第一章 绪论 I
1.1 网络遥操作机器人系统的研究背景及意义 1
1.1.1 遥操作机器人系统简介 1
1.1.2 网络遥操作机器人系统简介 2
1.1.3 网络遥操作机器人系统的研究意义 2
1.2 国内外研究现状与发展趋势 3
1.2.1 网络遥操作机器人系统的总体研究现状与发展趋势 3
1.2.2 网络遥操作机器人系统鲁棒控制方法的研究现状与发展趋势 7
1.3 论文结构 7
第二章 H 鲁棒控制基础 9
2.1 H 鲁棒控制理论简介 9
2.2 H 控制问题 9
2.2.1 H 范数与系统输入输出的关系 9
2.2.2 一般反馈控制系统 11
2.2.3 加权函数下增广系统模型（混合灵敏度问题） 11
2.3 Riccati方程的可解条件 13
2.4 一般被控对象建模原则 15
2.4.1 一般被控对象的选择 15
2.4.2 加权函数的选取原则 16
2.5 控制器降阶 17
2.5.1 基于Gram矩阵的均衡降阶方法 17
2.5.2 最小实现 18
2.6 MATLAB鲁棒控制工具箱中相关的函数及命令 19
2.6.1 分析与综合工具箱的模型描述 19
2.6.2 鲁棒控制工具箱中控制器降阶的设计方法 20
2.6.3 基于 分析与综合工具箱的H 控制器设计 20
第三章 网络遥操作机器人系统的结构与模型 22
3.1 网络遥操作机器人系统的结构 22
3.1.1 网络遥操作机器人系统的结构组成 22
3.1.2 网络遥操作机器人系统的工作原理 22
3.2 遥操作机器人系统模型 22
3.2.1 遥操作机器人系统的动力学模型 22
3.2.2 基于状态方程的遥操作系统模型 23
3.2.3 网络遥操作机器人系统的时延问题分析 25
第四章 网络遥操作机器人系统H 鲁棒控制器设计（一）——自由运动状态下从手对主手的速度跟踪仿真研究 27
4.1自由状态下从手对主手的速度跟踪仿真研究（无时延情况） 27
4.1.1 干扰抑制主手H 控制器的设计和仿真 27
4.1.1.1 鲁棒控制器的设计 27
4.1.1.2 控制器降阶 30
4.1.1.3 仿真实现 31
4.1.2 干扰抑制从手H 控制器的设计和仿真 31
4.1.2.1 从手模型为4阶的情况 31
4.1.2.2 从手模型为1阶的情况 35
4.1.3 无时延情况下从手对主手的速度跟踪的Simulink仿真研究 37
4.2 自由状态下从手对主手的速度跟踪仿真研究（有时延情况） 39
4.2.1 自由状态下从手对主手的速度跟踪的Simulink仿真研究（固定时延） 39
4.2.2 自由状态下从手对主手的速度跟踪的Simulink仿真研究（网络随机时延） 39
第五章 网络遥操作机器人系统H 鲁棒控制器设计（二）——受限运动状态下主手对从手的力跟踪仿真研究（有时延情况） 41
5.1 固定时延情况下的仿真研究 41
5.1.1 设计方案 42
5.1.2 实例设计 45
5.2 随机时延情况下的仿真研究 46
5.2.1关于Gain-Scheduling自适应方法 46
5.2.2 鲁棒Gain-Scheduling控制器设计基础 46
5.2.3 鲁棒Gain-Scheduling控制器初步设计思想 49
第六章 网络遥操作机器人实验系统的设计（一）—硬件部分 50
6.1 网络环境下单自由度遥操作实验系统总体介绍 50
6.2 系统的硬件设计 50
6.2.1 主、从机械手臂的设计 50
6.2.2 位置传感器的选择 50
6.2.3 力传感器的选择 51
6.2.4 电动机的选择 51
6.2.5 系统的整体结构设计 51
6.3 系统的电路设计 52
6.3.1 数据采集系统 53
6.3.1.1 数据采集系统的硬件 53
6.3.1.2 应用中的注意事项 53
6.3.1.3 数据采集频率的选择 54
6.3.1.4 数据采集系统的软件 54
6.3.2 模拟电路部分 54
6.3.2.1 位置信号的检测与处理 54
6.3.2.2 力信号的检测与处理 56
6.3.3 数字电路部分 57
6.3.3.1 应用系统构成 57
6.3.3.2 单片机C51程序设计 58
第七章 网络遥操作机器人实验系统的设计（二）—软件部分 61
7.1 数据的采集及显示模块 61
7.1.1 数据采集软件编程的一般步骤 61
7.1.2 Windows多媒体定时器的应用 61
7.1.3 位置及力信号的采集、处理及显示 64
7.1.4 角度信息的实时显示 66
7.2 串口通信模块 67
7.2.1 串行通信的基本原理 67
7.2.2 应用Visual C++开发串口通信程序 67
7.2.2.1 MSCOMM控件的操作模式 67
7.2.2.2 MSCOMM控件串口编程的基本流程 68
7.3 网络通信模块 70
7.3.1 程序的网络通信接口-Socket 70
7.3.2 CAsyncSocket编程技术 71
7.3.3 WinSock和MFC编程实现 72
7.3.3.1 程序的设计方案 72
7.3.3.2 WinSock环境的初始化 74
7.3.3.3 创建一个Socket 74
7.3.3.4 打开连接 75
7.3.3.5 发送和接收消息 75
7.3.3.6 关闭连接 79
7.4 控制算法的实现 79
7.4.1 算法简介 79
7.4.2 P、I、D参数的调节 80
7.4.3 PID控制的数字算法的VC实现 80
7.5 局域网内的位置跟踪与力跟踪实验 81
7.5.1 主手工作特性测试 81
7.5.1.1 主手位置与位置传感器采集电压值的对应关系 81
7.5.1.2 主手受力与力觉传感器采集电压值的对应关系 81
7.5.2 从手工作特性测试 82
7.5.2.1 从手位置与位置传感器采集电压值的对应关系 82
7.5.2.2 从手受力与力觉传感器采集电压值的对应关系 82
7.5.3 主从手的运动特性与受力变化 83
第八章 结 论 85
参考文献 87
摘要
遥操作机器人系统能将人所在主端的命令和行为传递并作用到远端，实现对远端环境的操作和控制。尤其如今将Internet网络系统作为遥操作机器人系统信号传输的媒介(即本文的研究对象：网络遥操作机器人系统)，系统的低成本、高效率、易维护性、可重构性等特点将更加明显。整个系统由操作者、主机械手(主手)、Internet通信环节、从机械手(从手)和环境等部分构成。网络遥操作机器人系统在诸如远程教育、服务、医疗、国防等远端平台或机械装备的操作方面和领域都将有着巨大的应用前景。本文主要工作有以下几个方面：
首先，本文分析了国内外网络遥操作机器人系统的发展现状、意义和发展趋势，介绍了其结构组成及其动力学模型，提出了基于状态方程的系统模型,讨论了由于Internet传输时延造成系统的稳定性和透明性问题。
其次，本文关于系统鲁棒控制器的设计分为两个部分：从手与环境没有接触（自由运动状态）和从手与环境有力的作用（受限运动状态）。对于前者，主要针对系统应用中的干扰以及时延问题，基于H 混合灵敏度鲁棒控制的方法设计了主从手的控制器，观察从手对主手的速度跟踪效果。对于后者，又分为固定时延和网络随机时延两个部分。针对固定时延，本文运用 综合的方法进行了研究；而针对网络随机时延，本文提出了Gain-Scheduling（增益调度）的设计思想，观察从手对主手的速度跟踪以及主手对从手的力跟踪效果。
最后，本文针对网络遥操作机器人系统的研究设计了一套新颖的单自由度遥操作机器人实验系统。这一系统实现了从手对主手位置跟踪以及主手对从手力跟踪的功能。首先介绍了系统的总体硬件设计方案，包括力觉和位置信号采集和处理以及力矩电机的驱动，实现了基于PC的单自由度系统的硬件控制。其次利用Visual C++工具编写了数据采集、网络通信、串口通信等模块程序，最后在局域网环境下利用PID控制算法进行了实验，观察系统位置跟踪及力跟踪的实际效果。
本文所作的理论分析工作以及仿真实验，验证了基于网络的遥操作机器人系统鲁棒控制方案的可行性，并为后期的实验和下一步的网络遥操作的实现打下了基础。
关键词： 遥操作；时延；H 鲁棒控制；混合灵敏度； 综合；增益调度
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