طراحي كنترل پيش بين براي سيستم هاي عمليات از راه دور دوطرفه نامعين

Predictive Control Design for Uncertain Bilateral Teleoperation Systems

تأخير زماني در كانال‌هاي ارتباطي رفت و برگشت و همچنين وجود نامعيني در اين تأخيرها و در محيط عملياتي از جمله عوامل محدودكننده در عملكرد سيستم‌هاي عمليات از راه دور دوطرفه هستند كه در بسياري از مواقع منجر به ناپايداري اين سيستم‌ها مي‌شوند. بدين‌منظور، در اين مقاله يك ساختار كنترلي با دو كنترل‌كننده محلي - به‌نام‌هاي كنترل‌كننده فرمانده و فرمانبر - براي سيستم‌هاي عمليات از راه دور دوطرفه پيشنهاد مي‌شود. كنترل‌كننده فرمانده بر مبناي كنترل پيش‌بين مبتني بر مدل طراحي شده و هدف آن جبران زمان تأخير مسير رفت در كانال ارتباطي، تحقق رديابي نيرو و حفظ پايداري سيستم است. از سوي ديگر، كنترل‌كننده فرمانبر يك كنترل‌كننده تناسبي - مشتقي مرسوم است كه تحقق رديابي موقعيت در سيستم را به عهده دارد. همچنين، در ساختار پيشنهادي از يك پيش‌بين اسميت براي جبران تأخير در مسير برگشت در نظر گرفته شده است. شبيه‌سازي‌ها عملكرد مناسب ساختار كنترلي پيشنهادي را در حضور تأخيرهاي زماني نسبتاً بزرگ نشان مي‌دهد.

Time delay in both forward and backward communication channels and also the corresponding uncertainties in both the delays and task environment have always been considered as restricting factors in the performance of bilateral teleoperation systems which in many cases lead to instability of such systems. To this end, in this paper, the control framework is proposed for bilateral teleoperation systems with two local controllers namely master and the slave controller. Master controller is designed based upon Model Predictive Control and aims at forward time delay compensation, force tracking and stability maintenance. On the other hand, slave controller is a traditional Proportional-Derivative controller with the role of position tracking in the system. Furthermore, in the core of the proposed control framework, a Smith Predictor is utilized to compensate for the time delay in backward path. Simulation results exhibit the effectiveness of the proposed control framework against relatively large time delays