力觉接口的透明度分析及无源性设计

刘彦文
哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨

摘　　　要：力觉接口是指人和遥操作机械手之间的接口，用来给操作人员提供操作时的一种虚拟环境。对于力觉接口来说，无源性是系统设计的基础，而良好的透明度是其主要性能要求。首先对系统的性能要求进行了分析，定义了一个离散的偏差函数来描述系统的透明度，将透明度问题转化为系统的灵敏度设计问题。接下来，从采样系统的频率特性出发推导了力觉系统的无源性条件，通过对比和分析，指出了前人文献所给无源性条件的保守性，并提出了一种近似无源的设计方案。较后通过例子对不同控制器参数组合时的设计结果进行了仿真，在综合考虑透明度和时域响应特性要求后，给出了一组合理的控制器参数。仿真结果表明，系统是近似无源的，而且具有良好的性能，体现了所给设计方案的可行性和有效性。

关　键　词：力觉接口；透明度；无源性条件；保守性

１　引　言
无源性目前已成为力觉接口系统稳定性分析的主要工具。Ｃｏｌｇａｔｅ等从离散系统的角度给出了力觉接口的无源性条件［１，２］。Ｆａｒｄａｄ等用频域提升法推导了力觉接口的无源性条件［３］。当然，力觉接口还应满足性能要求，力觉接口的性能可以用透明度来描述。Ｇｒｉｆｆｉｔｈｓ对连续系统的性能与无源性之间的设计冲突进行了分析［４］。Ｅｏｍ等针对透明度与鲁棒稳定性要求，对连续的力觉系统进行了优化设计［５］。前人文献给出的无源性条件过于保守，而且对于透明度的分析，也都是针对连续系统进行的，没考虑采样系统的特点。为此，本文从采样系统的角度出发对系统进行性能的优化和无源性设计，保证系统在无源的前提下达到良好的透明度。

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