3、触觉系统的稳定性与无源性分析

触觉系统的稳定性与无源性分析

1. 引言

在触觉系统中，稳定性和无源性是至关重要的特性。稳定性确保系统在各种操作条件下都能正常运行，而无源性则保证系统与用户之间的交互符合物理规律，提供自然和安全的触觉体验。本文将深入探讨触觉系统的无条件稳定性和无源性条件，分析不同控制方法的优缺点，并研究时间延迟对系统性能的影响。

2. 触觉系统稳定性控制方法

2.1 稳定性与透明度的权衡

在双通道架构（位置 - 位置控制）中，稳定性和透明度之间存在权衡关系。表 2.2 展示了这种权衡关系，涉及稳定性裕度和 z - 宽度等因素。
|稳定性相关因素|变化趋势|
| ---- | ---- |
|$C_1$|$\downarrow$|
|$C_4$|$\downarrow$|
|$C_m$基线|$\downarrow$|
|$C_s$基线|$\downarrow$|

当满足时域无源性条件时，使用 PO/PC 方法可以将阻抗准确地传递给用户。然而，该方法存在局限性，PC 的不连续操作会导致渲染力的不连续变化，从而可能引发高频振动。此外，由于稳定环境中积累的能量，在确定时域无源性时可能会出现时间延迟。

输出限制方法基于时域无源性计算可渲染的最大力。如果环境产生的力超过该最大力，则将其限制为该最大值以确保稳定性。这种方法的优点是避免了渲染力的不连续变化，但当输出受到限制时，用户会感觉物体比实际更软。同样，它也基于时域无源性条件，因此在稳定环境中由于能量积累，确定无源性时也可能存在时间延迟。

2.2 无条件稳定性

若将触觉系统建模为二端口网