力覺接口系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展及其在醫(yī)學(xué)、娛樂、藝術(shù)與教育、軍事及工業(yè)制造等領(lǐng)域的應(yīng)用，國家也越來越重視這一前沿技術(shù)的研究，并將這一研究列入了《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》。力覺(力感覺)作為虛擬現(xiàn)實(shí)的重要組成部分，同視覺、聽覺一樣，都是虛擬現(xiàn)實(shí)中信息傳遞的重要方式，力覺接口系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)于提高虛擬現(xiàn)實(shí)的自然性和沉浸感具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)作用。
　　在本課題的研究中，以單自由度力覺接口系統(tǒng)為研究對(duì)象，分

2、析研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性和透明性。分別建立操作者、力覺接口裝置、虛擬環(huán)境的模型，用MATLAB/SIMULINK研究模型參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響進(jìn)行，著重分析力覺接口裝置模型的物理阻尼的對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定域的影響。仿真分析操作者對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有促進(jìn)作用，所以在力覺接口系統(tǒng)的分析中不考慮操作者的阻抗特性，將其等效為一個(gè)輸入信號(hào)，以簡化分析過程和難度。用勞斯—赫爾維茨判據(jù)求解系統(tǒng)的穩(wěn)定域，用仿真結(jié)果的比較說明無源性設(shè)計(jì)具有很大的保守性，且降低了系統(tǒng)的透明性。為

3、了提高系統(tǒng)的透明性，提出了絕對(duì)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，同時(shí)引入虛擬耦合環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)對(duì)任意無源的操作者和虛擬環(huán)境都能保持穩(wěn)定。將力覺接口系統(tǒng)等效為雙端口網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，根據(jù)線性時(shí)不變雙端口網(wǎng)絡(luò)的萊威林準(zhǔn)則，給出系統(tǒng)的絕對(duì)穩(wěn)定條件。
　　為了量化分析系統(tǒng)的性能，定義了Z?width概念，對(duì)比分析虛擬耦合環(huán)節(jié)及不同參數(shù)對(duì)Z?width的影響。用Z?width的仿真結(jié)果比較虛擬耦合環(huán)節(jié)在不同的穩(wěn)定域內(nèi)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。同時(shí)，根據(jù)H2理論設(shè)計(jì)一個(gè)基于絕對(duì)