免费论文：力觉交互设备控制算法设计与实验研究

力觉交互设备的稳定性是当前力觉交互设备国际前沿研究热点、难点问题之一。本文围绕力觉交互设备的稳定性进行了控制算法的设计与实验研究，包括控制阻尼的提出、基于CPLD的速度估计、能量控制算法设计与实验和力觉交互设备的感知稳定性。本文的主要研究内容如下： 1.提出了控制阻尼的概念，对电流闭环PID控制系统进行建模、分析，并以单自由度力觉交互设备为例分析了控制阻尼对于设备稳定性的影响，主要讨论了PID参数的选择，从控制阻尼的角度分析了对于不同的虚拟环境模型选择合适的控制参数来提高设备的稳定性。 2.讨论了基于光电编码器的力觉交互设备速度信息的获取，设计了基于T法速度估计，搭建了基于CPLD的硬件平台，进行了相关算法的软件实现,并在此平台上进行了阻尼模型稳定性实验研究，对之前采用的M法和T法进行了分析比较，得出了T法更适合力觉交互设备速度估计的结论, 为力觉交互设备的速度的获取奠定了基础。 3.基于端口网络的被动性理论从能量的角度出发分析了力觉交互设备的稳定性，以单自由度力觉交互设备为例分析了影响力觉交互系统稳定性的因素，得出了设备的稳定条件，提出了能量控制算法的稳定控制策略，设计了实用的速度二均值能量控制算法，此外分析了多更新率控制算法。在Phantom力觉交互设备平台上以弹簧模型的虚拟墙为虚拟环境进行了实验，验证了多更新率的正确性和速度二均值能量控制算法实用性，分析了系统模拟的逼真性。 4.从操作者感知的角度提出了力觉交互设备的感知稳定性，即力觉交互设备的观测量的速度方向在时间采样窗口 内的变化次数可以表征设备的稳定性。通过实验分析了力觉交互设备的感知稳定性判定和时间采样窗口的确定，为力觉交互设备稳定控制方法的设计提供了新的思路。

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