16、基于ISS的控制透明度改进及触觉渲染方法对比研究

基于ISS的控制透明度改进及触觉渲染方法对比研究

1. 基于ISS的控制透明度改进

1.1 补偿提升触觉渲染性能

通过补偿 $C(z)$ 可以提升触觉渲染性能，它能够减少由零阶保持器（ZOH）和采样器引起的离散化效应。具体做法是，使用一阶Padé近似来逼近 $ZOH(s)$ 采样器 $(s)$，再利用一阶保持将其转换为 $ZOH(z)$ 采样器 $(z)$，而 $C(z)$ 是 $ZOH(z)$ 采样器 $(z)$ 的逆。控制 $C_2$ 由 $C(z)$ 和 $k_m$ 控制组成。

1.2 交互力计算与稳定

在主侧，交互力 $F_m(n)$ 通过局部模型 $k_m(n)$ 计算得出，其中 $k_m(n)$ 是实时更新的线性时变弹簧。$F_m(n)$ 由控制 $C_2$ 进行稳定处理后传输给用户。为保证ISS区域，需要满足限制 $k_m$ 增长率的 $h(k_m)$ 条件。当 $k_m(n)$ 快速增加并超出ISS区域时，$max k_m(n)$ 由 $k_m(n - 1) + h(k_m(n - 1))T$ 界定。

1.3 控制算法与力渲染

控制 $C_2$ 利用 $h(k_m)$ 限制 $k_m$ 的增加，算法总结如下：
1. $k_e(n)=\frac{F_e(n)}{x_e(n)-x_{es}(n)}$
2. $k_m(n)=k_e(n - \frac{T_2}{T})$
3. $x_{ms}(n)=x_{es}(n - \frac{T_2}{T})$
4. $x_m(n)=x_h(n)-x_{ms}(n)$
5. $max k_m(n)=k_m(n