１　引　言

網(wǎng)絡遙操作通過網(wǎng)絡將主從端聯(lián)系起來，操作者通過網(wǎng)絡遙操作系統(tǒng)能夠感知和操作遠端對象，從而擴展了人類的感知和操作能力。根據(jù)遙操作系統(tǒng)反饋信息可將其分為單邊遙操作和雙邊遙操作。在單邊遙操作系統(tǒng)中接觸力不反饋給主端。在雙邊遙操作系統(tǒng)中，從端的信息以不同的形式反饋給主端，包括聽覺、視覺和觸覺等，接觸力的反饋可以提供好的臨場感和改善任務完成性能［１，２］。雙邊遙操作系統(tǒng)是目前研究比較多一類遙操作系統(tǒng)，它主要分為二通道結構［３］、四通結構［４，５］以及三通道結構。在雙通道結構中主端位置發(fā)送到從端，從端與環(huán)境的接觸力直接發(fā)送到主端。為了確保雙邊遙操作系統(tǒng)主從端緊密耦合，不僅要保證從端跟蹤主端的位置速度等，還要保證主端感受到從端作用于環(huán)境的相同的力，當該條件滿足時遙操作系統(tǒng)是透明的，也可以說操作具有身歷其境的感覺，即臨場感。Ｆｅｒｒｅｌｌ［６，７］較早研究了帶有時延遙操作系統(tǒng)，并指出任務的完成時間計算方法，他還特別指出帶有時延的遙操作系統(tǒng)可以采用工作等待策略精確完成任務，實際上這種工作模式是工作在開環(huán)狀態(tài)下，并且工作等待策略下任務完成時間隨著延遲增加而增加，操作效率降低。１９９６年Ｆｅｒｒｅｌｌ指出在力反饋下幾十分之一秒的延遲也能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。１９９３年Ｌａｗｒｅｎｃｅ［４］指出穩(wěn)定性和透明性是一個相互矛盾的指標，即改進其中一個必然降低另一個指標。時延的存在不僅影響系統(tǒng)的透明性也影響閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。遙操作系統(tǒng)穩(wěn)定性研究主要包括無源和散射理論、以及波變量理論，通過變換將具有時間延遲的數(shù)據(jù)傳輸通道變換為無源系統(tǒng)，從而可以保證系統(tǒng)在任意固定時延下穩(wěn)定，但系統(tǒng)的透明性變差。基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網(wǎng)絡遙操作從九十年代以后迅速出現(xiàn)和發(fā)展［８，９］，網(wǎng)絡遙操作的隨機時延、數(shù)據(jù)丟包等給遙操作帶來新的問題和挑戰(zhàn)。為了對網(wǎng)絡遙操作系統(tǒng)中隨機時延進行補償，研究者提出了回歸模型、線性、非線性時間序列分析、以及多元稀疏回歸方法［１０－１２］等。Ｌｏｚａｎｏ研究了變時延的雙邊網(wǎng)絡遙操作系統(tǒng)控制方法［１３］。Ｆｏｒｏｕｚａｎｔａｂａｒａ［１，１４］采用波變量法和傅里葉變換方法給出了非對稱固定時延情況下穩(wěn)定性。ＹｏｎｇｑｉａｎｇＹｅ［１５］為了改善系統(tǒng)性能提出新的補償預測方法。Ｃｈｏｐｒａ和Ｓｐｏｎｇ在散射理論的基礎之上，提出額外的位置控制信息從而改善系統(tǒng)的位置跟蹤和力跟蹤能力。Ｌｅｅ和Ｓｐｏｎｇ［１６］引入ＰＤ控制器來提高系統(tǒng)性能，并采用積分變換的類李亞普諾夫方法證明了在一定的條件下，雙向不對稱固定有界時延的網(wǎng)絡遙操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Ｆｏｒｏｕｚａｎｔａｂａｒ［１，１４］采用ＰＩＤ控制器擴展了Ｌｅｅ和Ｓｐｏｎｇ的方法。Ｇａｎｊｅｆａｒ， Ｍｕｎｉｒ等［１７，１８］為了改善基于擴張波變量雙邊遙操作系統(tǒng)性能，提出基于Ｓｍｉｔｈ預估器方法來降低網(wǎng)絡時延對系統(tǒng)性能的影響。Ｎａｔｏｒｉ［１９］提出時延補償算法不依賴于參考模型。２０１０年ＹｕＫａｎｇ等［２０］通過線性矩陣不等式方法給出了一個穩(wěn)定的隨機時變網(wǎng)絡雙邊遙操作系統(tǒng)。２０１２年ＪｉａＹｕｎＹｉ［２１］提出基于事件參考方法設計了隨機時延下多機器人控制。從前文描述可知早期穩(wěn)定性都針對固定時延情況，主要是

采用時延估計補償策略以提高網(wǎng)絡遙操作系統(tǒng)性能，對于時變時延［１３］、隨機時變時延［２０］、非時間系統(tǒng)［２１］等研究者都做了研究。而基于無源理論隨機時延時延穩(wěn)定性研究較少，因此本文首先簡單回顧無源和波變量理論，然后提出直接無源散射變換方法，設計穩(wěn)定的無源隨機時變時延的雙邊遙操作控制方案，該方法是無源理論和波變量雙邊控制律向更一般化形式的推廣，接著設計了虛擬主從手雙邊網(wǎng)絡移動機器人遙操作控制方案，較后并進行了仿真驗證。

圖１　遙操作系統(tǒng)雙端口網(wǎng)絡模型