Control bilateral por convergencia de estados de sistemas teleoperados con retardos en la transmisión

Abstract

Esta Tesis Doctoral tiene como objetivo presentar un nuevo método de diseño y control de sistemas teleoperados con retardos en la transmisión basado en la convergencia de estados. El método permite que el esclavo siga al maestro, a pesar de la existencia de retardos, siendo además capaz de establecer la dinámica del esclavo, así como la dinámica del error entre el maestro y el esclavo. En primer lugar se describe de forma detallada el método de diseño y control para un sistema teleoperado con retardos en la transmisión en el que el maestro y el esclavo son representados por ecuaciones diferenciales de segundo orden, explicando el modelado del sistema teleoperado en variables de estado en el que se basa el método. Seguidamente se estudia de forma exhaustiva el comportamiento dinámico del sistema teleoperado, indicando de qué forma es afectado por los parámetros de diseño considerados. Asimismo se analiza la robustez del método de control a ligeras variaciones en los parámetros de diseño. A continuación se explican los criterios que se utilizan para analizar la estabilidad asintótica del sistema teleoperado con retardos. Mediante estos criterios se estudia la influencia de los parámetros de diseño en la estabilidad asintótica, indicando bajo qué condiciones se vuelve inestable el sistema, o en el caso de que sea inestable, como puede estabilizarse. Además se generaliza el método de diseño y control de sistemas teleoperados con retardos en la transmisión al caso en el que el maestro y el esclavo del sistema teleoperado sean modelados por ecuaciones diferenciales lineales de orden n. Por último se muestran los resultados experimentales obtenidos al aplicar el método de diseño y control a un sistema teleoperado real de un grado de libertad.

This Doctoral Thesis has as objective to present a new design and control method of teleoperation systems with communication time delay based in state convergence. The method allows that the slave follows the master in spite of the time delay. Also the proposed method allows to establish as the slave dynamics as the master – slave error dynamics. First at all, the design and control method considering a teleoperation system with time delay where the master and the slave are represented by second order differential equations is described, explaining the modelling of the teleoperation system in the state space that the method uses. The dynamic behaviour of the teleoperation system is completely studied, indicating how the design parameters affect it. Also, the robustness of the control method against slight variations of the design parameters is analyzed. Then, the criteria used to analyse the asymptotic stability of the teleoperation system with time delay are explained. Through these criteria, the influence of the design parameters in the asymptotic stability is studied, showing the conditions where the system becomes unstable, or if the system is not stable, indicating how the system can be stable. In addition, the design and control method of teleoperation systems with communication time delay is generalized to the case where the master and the slave of the teleoperation system can be modelled by n order linear differential equations. Finally, the experimental results obtained applying the design and control method to a real teleoperation system of one degree of freedom are presented.