6、输入到状态稳定性（ISS）与触觉控制

输入到状态稳定性（ISS）与触觉控制

1. 触觉系统控制框架

在触觉系统的控制中，输入到状态稳定性（ISS）框架是一种有效的方法。与基于被动性的方法相比，它能设计出保守性更低的控制器。在这个框架下，虚拟环境可被建模为线性时变弹簧，同时，零阶保持器（ZOH）和采样所导致的无意阻尼和弹簧效应也能在建模过程中被考虑进去。

触觉系统的有效质量、阻尼和弹簧可以通过线性时变模型来处理。控制设计基于ISS - 李雅普诺夫函数，以满足ISS条件，从而保证系统具有耗散性。耗散性比被动性的条件更宽松，因为在耗散系统中产生的潜在多余能量允许有一个有限的正值。最终的控制会调整要呈现给用户的环境刚度变化率，以保持系统的耗散性。控制刚度会逐渐增加以满足ISS条件，当控制刚度达到环境刚度时，环境力就能如实地传递给操作人员。

2. 实验触觉系统模型

实验中的触觉系统主要由人类用户、触觉设备和环境组成。以下是相关符号及其含义的表格：
| 符号 | 含义 |
|------------------|---------------------------------------|
| (m_h) | 人类用户手臂和手的质量（kg） |
| (b_h) | 人类用户手臂和手的阻尼（Ns/m） |
| (k_h) | 人类用户手臂和手的刚度（N/m） |
| (m_d) | 触觉设备的质量（kg） |
| (b_d) | 触觉设备的阻尼（Ns/m） |
| (k_e) | 环境的刚度（N/m） |
| (F_{muscle}(t)) | 人类用户的肌肉力（N） |
| (F_h(t)) | 人类用户