主从式控制系统的控制方法以及装置、存储介质

1.本发明涉及控制系统技术领域，尤其涉及一种主从式控制系统的控制方法以及装置、存储介质。


背景技术：

2.主从式控制系统由主端机构和从端机构两部分组成，系统主端借助通信网络与系统从端通信，进行指令数据交互，控制系统从端运动，执行相关任务。
3.系统主从端的指令通过网络传输，网络环境的复杂性与随机性使得其指令传输时延大小存在随机波动。若网络环境出现负荷过大甚至拥塞，则指令传输时延的波动进一步加剧。
4.相关技术中，使用预测时延对smith控制策中的预估时延环节进行更新无法理想地消除时延预估环节与真实时延之间的误差。
5.如果若采用完全固定时延控制算法对系统的主从端指令传输时延选取最大值进行固定，可使得整体指令传输时延稳定在一固定值。但时延最大值的设定过小将造成系统主从端指令传输中，过多真实传输时延大于固定时延的指令无法被正常读取，影响系统主从同步控制性能。
6.相反地，若固定时延值设定过大，将造成大量指令的真实传输时延与固定时延相差较大，使得整体指令传输时延被过度增大。从而系统主从端的指令无法进行高速交互，造成主从端的位置跟随存在较大时间滞后，影响操作者对系统的操作体验。
7.此外，在一些特定的应用场景中，操作者对主从式系统的主从跟随实时性有较高要求。若系统从端的执行机构对系统主端的响应不够及时，存在较大时间滞后，操作者无法及时接收每个动作指令执行后的相应反馈，进而无法快速进行后续动作，影响遥操作作业的成功率。


技术实现要素：

8.鉴于此，本发明实施例提供了一种主从式控制系统的控制方法以及装置、存储介质，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
9.本发明的一个方面提供了一种主从式控制系统的控制方法，该方法包括以下步骤：
10.在所述主从式控制系统的主从端建立通信连接之后，确定初始固定时延值；根据所述初始固定时延值调整所述主从式控制系统中预设控制程序的运行周期，以使所述主从式控制系统的主从端指令的传输时延稳定在预设固定值内，得到所述指令传输的时延自适应固定策略；根据所述时延环节自适应固定策略，得到所述主从式控制系统中当前固定的时延值，并同步至预设smith预估控制控制策略中进行时延预估。
11.本发明的另一方面提供了一种主从式控制系统的控制装置，该装置包括：初始化模块，用于在所述主从式控制系统的主从端建立通信连接之后，确定初始固定时延值；调整
模块，用于根据所述初始固定时延值调整所述主从式控制系统中预设控制程序的运行周期，以使所述主从式控制系统的主从端指令的传输时延稳定在预设固定值内，得到所述指令传输的时延自适应固定策略；时延控制模块，用于根据所述时延环节自适应固定策略，得到所述主从式控制系统中当前固定的时延值，并同步至预设smith预估控制控制策略中进行时延预估。
12.本发明的又一方面提供了一种主从式控制系统的控制装置，包括处理器和存储器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该装置实现所述方法的步骤。
13.本发明的再一方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。
14.本发明的主从式控制系统的控制方法和装置，能够使得smith预估控制策略的预估时延环节能够跟随真实时延环节变化而做出实时调整，消除预估时延环节与真实时延环节的误差，增强基于smith预估控制策略的主从式控制系统的鲁棒性。
15.本发明应用smith预估控制策略降低主从式控制系统中主从端交互指令传输时延对控制系统稳定性的影响，同时结合本发明所设计的指令传输时延自适应固定方法。
16.本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
17.本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本发明的原理。为了便于示出和描述本发明的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本发明实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：
19.图1为本发明一实施例中主从式控制系统的控制方法的主从式系统的主从端指令交互示意图。
20.图2为本发明一实施例中主从式控制系统的控制方法流程示意图。
21.图3为本发明一实施例中主从式控制系统的控制装置结构示意图。
22.图4为本发明一实施例中主从式控制系统的控制方法中主从式系统基于完整型的双时延环节smith预估控制器示意图。
23.图5为本发明另一实施例中主从式控制系统的控制方法中主从式控制系统中指令传输时延自适应固定方法的流程示意图。
具体实施方式
24.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并
不作为对本发明的限定。
25.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
26.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
27.在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。
28.在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
29.针对主从式闭环控制系统中存在的两个时延环节，应用smith预估控制策略降低时延环节对系统稳定性影响。基于smith预估控制策略的控制系统对预估时延环节与真实时延环节的误差较为敏感，即系统中遥操作指令传输时延及其波动对系统稳定性的影响，在本发明中提出了一种主从式控制系统中指令传输时延自适应固定方法对指令传输时延进行可自适应固定。并将固定后的时延信息共享至smith预估控制策略中的预估时延环节，消除预估时延环节与真实时延环节的误差，进而降低时延环节波动对系统稳定性性的影响。
30.如图1所示，主从式遥操作系统由主端机构和从端机构两部分组成，系统主端借助通信网络与系统从端通信，进行指令数据交互，控制系统从端运动，执行相关任务。于工业应用中，主从遥操作系统需具备较高的主从同步控制性能。系统从端动作执行需高度同步跟随系统主端的动作指令，使得操作者能够手眼协调操作。为保证采用主端-从端设计结构的主从式系统在遥操作作业中的成功率，系统主从端同步控制需具备较高的稳定性与跟随性，使得系统执行作业过程中动作稳定，不产生振荡，且系统主从端运动高度同步，以满足操作要求。
31.基于internet的主从式控制系统的主从端指令交互模型如图1所示。在进行同步控制时，控制指令先由系统主端发出，经由internet传输至系统从端，存在传输时延a。此外，系统从端执行指令后返回反馈指令，经internet传输至系统主端，存在传输时延b。
32.在主从式制系统中，时延环节a与时延环节b对系统的稳定性和主从跟随性造成较大影响。应用完整smith预估控制策略可降低该时延环节对控制系统的影响。
33.由于系统主从端交互指令存在传输时延，因此主从闭环控制系统中存在时延环节，这使得系统的被控对象：从端具有纯滞后特性。在系统主从同步控制中，被控对象的纯滞后特性极大影响系统的稳定性和主从跟随性。具有纯滞后特性的反馈控制系统如图1所示，该系统的闭环传递函数为：
[0034][0035]
根据系统的闭环传递函数可求得系统特征方程：
[0036]
1+d(s)w(s)e-τs
＝0
[0037]
系统特征方程里含有纯滞后环节e-τs
。该环节的相频特性为：
[0038]
[0039]
因此系统的稳定余量将随着τ的增大而减小，使系统产生振荡，若τ过大，系统进入不稳定状态。
[0040]
针对控制系统中的纯滞后问题，美国学者smith提出一种基于控制模型、对信息传输时延进行预估补偿的控制策略，该控制策略使得具有纯滞后特性控制系统的稳定性显著提高。smith预估控制的设计思想是将图1中带有纯滞后环节的闭环反馈控制系统的纯滞后环节置于系统闭环之外，使得闭环控制系统特征方程消除e-τs
项，继而消除纯滞后环节对系统稳定性影响。具体的方法实现如图2所示，该方法将系统中的yw(t)避开系统时延环节，直接反馈至系统输入端。
[0041]
在实际控制中，具有纯滞后环节的控制系统无法实现直接将被控对象的输出反馈至系统输入端。因此需通过间接的方式，等效地将被控对象的输出反馈至系统输入端。控制系统中，w(s)为被控对象数学模型，若构造出和w(s)相同的数学模型w1(s)，并将控制器的输出控制量u(t)作用于构造模型w1(s)上，其输出则实现了间接得到实际被控对象的输出yw(t)。初步smith预估控制器对时延环节的处理构想如图3所示。
[0042]
对初步smith预估控制器的设计方案进行分析可知，若构造的被控对象等效模型w1(s)与实际被控对象模型w(s)存在偏差或系统发生扰动，则造成等效被控对象的输出与实际被控对象的输出yw(t)存在偏差。针对该问题所提出的完整smith预估控制器设计方案，如图4所示。与yw(t)之间的偏差，通过经等效时延环节的输出y1(t)与系统实际输出y(t)之间的偏差体现。将y1(t)与y(t)之间的误差反馈至系统输入端，可降低预估控制系统对模型预估误差和系统扰动的敏感性，进而提高控制系统稳定性。
[0043]
为验证该方案对解决纯滞后系统稳定性问题的有效性，设计出等效的smith预估控制器设计方案。其传递函数为：
[0044][0045]
smith预估控制系统的闭环传递函数为：
[0046][0047]
于是，系统的特征方程为：
[0048][0049]
从上式可知，若预估控制系统中，
[0050]
w1(s)＝w(s)
[0051]
且τ1＝τ，则系统的特征方程如下所示：
[0052]
1+d(s)w(s)＝0
[0053]
由于消除了特征方程中的纯滞后环节，smith预估控制策略有效降低了时延环节对纯滞后系统稳定性影响。
[0054]
如图2所示，本发明的主从式控制系统的控制方法，该方法包括以下步骤：
[0055]
步骤s201，在所述主从式控制系统的主从端建立通信连接之后，确定初始固定时延值；
[0056]
步骤s202，根据所述初始固定时延值调整所述主从式控制系统中预设控制程序的
运行周期，以使所述主从式控制系统的主从端指令的传输时延稳定在预设固定值内，得到所述指令传输的时延自适应固定策略；
[0057]
步骤s203，根据所述时延环节自适应固定策略，得到所述主从式控制系统中当前固定的时延值，并同步至预设smith预估控制控制策略中进行时延预估。
[0058]
从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：
[0059]
本发明的主从式控制系统的控制方法和装置，能够使得smith预估控制策略的预估时延环节能够跟随真实时延环节变化而做出实时调整，消除预估时延环节与真实时延环节的误差，增强基于smith预估控制策略的主从式控制系统的鲁棒性。
[0060]
本发明应用smith预估控制策略降低主从式控制系统中主从端交互指令传输时延对控制系统稳定性的影响。并结合本发明所设计的指令传输时延自适应固定方法。
[0061]
在上述步骤s201中在所述主从式控制系统的主从端建立通信连接之后，确定初始固定时延值。考虑到由于控制系统中smith控制策略的预估时延环节与真实时延环节之间的误差对系统同步控制性能有较大影响。若系统主从端指令的传输时延存在波动，为保持系统同步控制中主从端的跟随性，smith预估控制策略的预估时延环节需跟随真实时延环节变化做出实时调整。
[0062]
在一种具体实施方式中，当系统的主从端建立通信连接进行指令传输时，可以读取前20个指令的传输往返时延值，并获取其中最大值。需要注意的是，读取的指令个数仅为举例，并不作为本发明的保护范围。
[0063]
在一种优选实施方式中，将该最大值作为初始固定时延值的大小。
[0064]
通过实时统计主从式系统的主从端交互指令的传输时延分布情况，对交互指令的传输时延进行自适应固定，实现对控制系统的时延环节的实时调整。在主从式系统的主端建立反馈指令接收缓冲区，并令系统的控制程序运行周期跟随当前主从端交互指令传输时延应设的固定值，实现了对主从端交互指令传输时延的固定。若指令传输的真实往返时延小于该固定时延，则指令返回至主端后，进入指令接收端缓冲区等待系统控制程序读取。
[0065]
在上述步骤s202中根据所述初始固定时延值调整所述主从式控制系统中预设控制程序的运行周期，以使所述主从式控制系统的主从端指令的传输时延稳定在预设固定值内，得到所述指令传输的时延自适应固定策略。控制系统的程序运行周期将根据固定时延的变化做出调整。
[0066]
优选地，所述根据所述初始固定时延调整所述主从式控制系统中预设程序的运行周期，以使所述主从式控制系统的主从端指令的传输时延稳定在预设固定值内，包括：如果所述指令传输的真实往返时延值小于所述预设固定时延值，则在所述指令返回至发送端后，进入指令接收端缓冲区等待所述主从式控制系统的预设控制程序读取；如果所述真实往返时延值大于所述预设固定时延值，则在每个程序周期的运行预设控制程序对指令接收端缓冲区读取指令时，根据预设最大时延指令抛弃机制将上一指令作为当前指令执行。
[0067]
在一种优选实施方式中，若指令传输的真实往返时延小于该固定时延，则指令返回至发送端后，进入指令接收端缓冲区等待系统控制程序读取。由于程序运行周期与固定时延大小一致，因此实现了控制系统中真实时延环节与预估时延环节大小一致。
[0068]
在一种优选实施方式中，若真实往返时延大于该固定时延，则每个程序周期的运行程序对指令接收端缓冲区读取指令时，因指令还未到达而无法进行正常读取。此时，设置
大时延指令抛弃机制，程序自动将上一指令作为当前指令执行，保证控制系统主从遥操作的整体稳定。
[0069]
在一种优选实施方式中，若指令传输的真实往返时延连续大于当前系统固定时延，且其指令个数超过20个，则触发固定时延自适应上调机制。自适应固定时延方法将固定时延的设定值调整至其20个指令传输时延中的最大值。
[0070]
在一种优选实施方式中，对于调整完毕继续监测真实时延情况，若固定时延仍然太小则继续调整时延固定值。直至真实时延大小未连续大于固定时延大小。
[0071]
在上述步骤s203中根据所述时延环节自适应固定策略，得到所述主从式控制系统中当前固定的时延值，并同步至预设smith预估控制控制策略中进行时延预估。
[0072]
优选地，方法还包括：如果指令传输的真实往返时延值连续大于所述预设固定时延值，且所述指令的个数超过第一预设阈值个数，则触发固定时延自适应上调机制将所述预设固定时延值的设定值调整至预设阈值个数对应的所述指令中最大的指令传输时延值；如果指令传输的真实往返时延值连续小于所述预设固定时延值，且所述指令的个数超过第二预设阈值个数，则触发固定时延自适应下调机制将降低所述预设固定时延值。
[0073]
在一种具体实施方式中，若指令传输的真实往返时延连续小于该固定时延，且连续个数达到500，则自适应固定时延方法将其固定时延值降低n ms。依此类推，直至真实时延大小未连续小于固定时延大小。
[0074]
若系统主从端交互指令传输的真实往返时延大于当前系统的固定时延，则每个程序周期的运行程序对指令接收端缓冲区读取指令时，因指令还未到达而无法进行正常读取。此时，设置大时延指令抛弃机制，程序自动将上一指令作为当前指令执行，保证控制系统主从遥操作的整体稳定。若指令传输的真实往返时延连续大于当前系统固定时延，且其指令个数超过阈值n1，则触发固定时延自适应上调机制。若指令传输的真实往返时延连续小于该固定时延，且连续个数达到阈值n2，则触发固定时延自适应下调机制。
[0075]
基于上述方法，自适应固定时延方法能够使系统主从端的指令传输时延稳定在某一固定值内，且其固定值能够根据当前主从端真实指令传输时延分布情况做出自适应调整。
[0076]
作为本发明的优选实施方式，所述根据所述时延环节自适应固定策略，得到所述主从式控制系统中当前固定的时延值，并同步至预设smith预估控制控制策略中进行时延预估，包括：根据所述时延环节自适应固定策略，得到所述主从式控制系统中当前可调整地固定的时延值；将所述当前可调整地固定的时延值共享至预设smith控制策略中进行时延预估，以使在进行时延预估的过程中根据当前固定时延值进行实时调整，其中所述预设smith预估控制控制策略是使用完整型双时延环节smith预估控制器进行的。
[0077]
具体实施时，若主从式控制系统的主从端指令的传输时延存在波动，为保持系统的稳定性，smith预估控制策略的预估时延环节需跟随真实时延环节变化做出实时调整，降低与真实时延环节的误差，进而降低指令传输时延波动对主从式控制系统稳定性的影响。即系统的smith控制策略中的预估时延环节能够感知真实时延环节的变化，并及时做出调整。此外，还需要消除主从式控制系统的特征方程中纯滞后环节，更好地发挥smith控制策略在含有波动时延环节的主从控制系统中的作用。
[0078]
所以基于主从式控制系统中指令传输时延自适应固定方法对控制系统的指令传
输时延进行可调整式固定，并把当前固定的时延值共享至smith控制策略中的时延预估环节，使得时延预估环节能够根据当前固定时延大小进行实时调整，达到预估时延环节与真实时延环节零误差。
[0079]
作为本发明的优选实施方式，所述根据所述时延环节自适应固定策略，得到所述主从式控制系统中当前固定的时延值，并同步至预设smith预估控制控制策略中进行时延预估，还包括：在根据所述时延环节自适应固定策略，得到所述主从式控制系统中当前固定的时延值为一预设固定值且未进行调整的情况下，用以降低指令传输时延中的小幅波动。
[0080]
具体实施时，当指令单向传输时延环大小在0～ns内波动，系统中smith控制策略的时延预估环节与两个真实时延环节之和保持一致。因此，当自适应固定时延控制方法的固定时延为某一值且未进行调整下，亦能有效降低指令传输时延的小幅波动对主从式控制系统稳定性影响。
[0081]
作为本发明的优选实施方式，所述根据所述时延环节自适应固定策略，得到所述主从式控制系统中当前固定的时延值，并同步至预设smith预估控制控制策略中进行时延预估，包括：通过时延环节自适应固定策略，将主从端指令传输时延值进行自适应固定，并将固定时延信息共享至所述预设smith预估控制器，以使所述预设smith预估控制器中的预估时延环节与真实时延环节一致。
[0082]
具体实施时，通过使用完整型双时延环节smith预估控制器来降低主从式控制系统中存在的两个时延环节对控制系统稳定性影响。所设计的主从端指令传输时延自适应固定的方法能够对指令传输时延进行自适应固定，并将固定时延信息共享至smith预估控制器，使得smith预估控制器中的预估时延环节与真实时延环节保持一致。
[0083]
如图3所示，本发明的实施例中提供了一种主从式控制系统的控制装置，其特征在于，该装置包括：
[0084]
初始化模块301，用于在所述主从式控制系统的主从端建立通信连接之后，确定初始固定时延值；
[0085]
调整模块302，用于根据所述初始固定时延值调整所述主从式控制系统中预设控制程序的运行周期，以使所述主从式控制系统的主从端指令的传输时延稳定在预设固定值内，得到所述指令传输的时延自适应固定策略；
[0086]
时延控制模块303，用于根据所述时延环节自适应固定策略，得到所述主从式控制系统中当前固定的时延值，并同步至预设smith预估控制控制策略中进行时延预估。
[0087]
本发明中的所述初始化模块301中在所述主从式控制系统的主从端建立通信连接之后，确定初始固定时延值。考虑到由于控制系统中smith控制策略的预估时延环节与真实时延环节之间的误差对系统同步控制性能有较大影响。若系统主从端指令的传输时延存在波动，为保持系统同步控制中主从端的跟随性，smith预估控制策略的预估时延环节需跟随真实时延环节变化做出实时调整。
[0088]
在一种具体实施方式中，当系统的主从端建立通信连接进行指令传输时，可以读取前20个指令的传输往返时延值，并获取其中最大值。需要注意的是，读取的指令个数仅为举例，并不作为本发明的保护范围。
[0089]
在一种优选实施方式中，将该最大值作为初始固定时延值的大小。
[0090]
本发明中的所述调整模块302中根据所述初始固定时延值调整所述主从式控制系
统中预设控制程序的运行周期，以使所述主从式控制系统的主从端指令的传输时延稳定在预设固定值内，得到所述指令传输的时延自适应固定策略。控制系统的程序运行周期将根据固定时延的变化做出调整。
[0091]
优选地，所述根据所述初始固定时延调整所述主从式控制系统中预设程序的运行周期，以使所述主从式控制系统的主从端指令的传输时延稳定在预设固定值内，包括：如果所述指令传输的真实往返时延值小于所述预设固定时延值，则在所述指令返回至发送端后，进入指令接收端缓冲区等待所述主从式控制系统的预设控制程序读取；如果所述真实往返时延值大于所述预设固定时延值，则在每个程序周期的运行预设控制程序对指令接收端缓冲区读取指令时，根据预设最大时延指令抛弃机制将上一指令作为当前指令执行。
[0092]
在一种优选实施方式中，若指令传输的真实往返时延小于该固定时延，则指令返回至发送端后，进入指令接收端缓冲区等待系统控制程序读取。由于程序运行周期与固定时延大小一致，因此实现了控制系统中真实时延环节与预估时延环节大小一致。
[0093]
在一种优选实施方式中，若真实往返时延大于该固定时延，则每个程序周期的运行程序对指令接收端缓冲区读取指令时，因指令还未到达而无法进行正常读取。此时，设置大时延指令抛弃机制，程序自动将上一指令作为当前指令执行，保证控制系统主从遥操作的整体稳定。
[0094]
在一种优选实施方式中，若指令传输的真实往返时延连续大于当前系统固定时延，且其指令个数超过20个，则触发固定时延自适应上调机制。自适应固定时延方法将固定时延的设定值调整至其20个指令传输时延中的最大值。
[0095]
在一种优选实施方式中，对于调整完毕继续监测真实时延情况，若固定时延仍然太小则继续调整时延固定值。直至真实时延大小未连续大于固定时延大小。
[0096]
本发明中的所述时延控制模块303中根据所述时延环节自适应固定策略，得到所述主从式控制系统中当前固定的时延值，并同步至预设smith预估控制控制策略中进行时延预估。
[0097]
优选地，方法还包括：如果指令传输的真实往返时延值连续大于所述预设固定时延值，且所述指令的个数超过第一预设阈值个数，则触发固定时延自适应上调机制将所述预设固定时延值的设定值调整至预设阈值个数对应的所述指令中最大的指令传输时延值；如果指令传输的真实往返时延值连续小于所述预设固定时延值，且所述指令的个数超过第二预设阈值个数，则触发固定时延自适应下调机制将降低所述预设固定时延值。
[0098]
在一种具体实施方式中，若指令传输的真实往返时延连续小于该固定时延，且连续个数达到500，则自适应固定时延方法将其固定时延值降低n ms。依此类推，直至真实时延大小未连续小于固定时延大小。
[0099]
所述调整模块302，还用于在如果所述指令传输的真实往返时延值小于所述预设固定时延值时，则在所述指令返回至发送端后，进入指令接收端缓冲区等待所述主从式控制系统的预设控制程序读取；在如果所述真实往返时延值大于所述预设固定时延值时，则在每个程序周期的运行预设控制程序对指令接收端缓冲区读取指令时，根据预设最大时延指令抛弃机制将上一指令作为当前指令执行。
[0100]
所述调整模块，还用于在如果指令传输的真实往返时延值连续大于所述预设固定时延值时，且所述指令的个数超过第一预设阈值个数，则触发固定时延自适应上调机制将
所述预设固定时延值的设定值调整至预设阈值个数对应的所述指令中最大的指令传输时延值；在如果指令传输的真实往返时延值连续小于所述预设固定时延值时，且所述指令的个数超过第二预设阈值个数，则触发固定时延自适应下调机制将降低所述预设固定时延值。
[0101]
基于上述模块，自适应固定时延方法能够使系统主从端的指令传输时延稳定在某一固定值内，且其固定值能够根据当前主从端真实指令传输时延分布情况做出自适应调整。
[0102]
为了更好的理解上述主从式控制系统的控制方法流程，以下结合优选实施例对上述技术方案进行解释说明，但不用于限定本发明实施例的技术方案。
[0103]
本发明优选实施例，通过使用完整型双时延环节smith预估控制器来降低主从式控制系统中存在的两个时延环节对控制系统稳定性影响。所设计的主从端指令传输时延自适应固定的方法能够对指令传输时延进行自适应固定，并将固定时延信息共享至smith预估控制器，使得smith预估控制器中的预估时延环节与真实时延环节保持一致。
[0104]
需要在注意的是，smith预估控制策略中预估时延环节为指令从主端发送至接收到相应反馈信息的全部所需时间，即控制系统主从端指令交互的往返时延。每个指令从系统主端发送时，将当前系统时间作为时间戳t对指令进行封装。
[0105]
主从式控制系统从端接收到指令并响应完毕后，亦将原有时间戳t封装在反馈指令中。
[0106]
主从式控制系统主端接收到反馈指令后对其进行拆封，读取指令时间戳信息，并通过与当前系统时间作差的方式计算该指令在主从端交互中的往返时延。
[0107]
如图5所示，在本发明中的主从式控制系统中指令传输时延自适应固定方法，有如下几个步骤：
[0108]
步骤s501：当系统的主从端建立通信连接进行指令传输时，读取前20个指令的传输往返时延，并获取其中最大值。继而将该最大值作为初始固定时延大小。
[0109]
步骤s502：控制系统的程序运行周期将根据固定时延的变化做出调整。若指令传输的真实往返时延小于该固定时延，则指令返回至发送端后，进入指令接收端缓冲区等待系统控制程序读取。由于程序运行周期与固定时延大小一致，因此实现了控制系统中真实时延环节与预估时延环节大小一致。
[0110]
步骤s503：判断指令传输的真实往返时延是否小于该固定时延。
[0111]
步骤s504：若真实往返时延大于该固定时延，则每个程序周期的运行程序对指令接收端缓冲区读取指令时，因指令还未到达而无法进行正常读取。此时，设置大时延指令抛弃机制，程序自动将上一指令作为当前指令执行，保证控制系统主从遥操作的整体稳定。
[0112]
步骤s505：若指令传输的真实往返时延连续大于当前系统固定时延，且其指令个数超过20个，则触发固定时延自适应上调机制。自适应固定时延方法将固定时延的设定值调整至其20个指令传输时延中的最大值。
[0113]
步骤s506：判断指令传输的真实往返时延是否连续大于当前系统固定时延，且其指令个数超过20个。
[0114]
步骤s507：若指令传输的真实往返时延连续小于该固定时延，且连续个数达到500，则自适应固定时延方法将其固定时延值降低n ms。依此类推，直至真实时延大小未连
续小于固定时延大小。
[0115]
步骤s508：调整完毕继续监测真实时延情况，若固定时延仍然太小则继续调整时延固定值。直至真实时延大小未连续大于固定时延大小。
[0116]
步骤s509：判断指令传输的真实往返时延连续小于该固定时延，且连续个数达到500，则自适应固定时延方法将其固定时延值降低n ms。
[0117]
步骤s510：若指令传输的真实往返时延连续小于该固定时延，且连续个数达到500，则自适应固定时延方法将其固定时延值降低n ms。
[0118]
经上述对方法的分析可知，自适应固定时延方法能够使系统主从端的指令传输时延稳定在某一固定值内，且其固定值能够根据当前主从端真实指令传输时延分布情况做出自适应调整。
[0119]
如图4所示，对基于时延环节自适应固定的主从式系统遥操作控制方法进行详细说明，
[0120]
在主从式制系统中，时延环节a与时延环节b对系统的稳定性和主从跟随性造成较大影响。应用完整smith预估控制控制策略可降低该时延环节对控制系统的影响。对主从式控制系统的设计如图4所示，其中构建了两个不同的时延环节e-αs
和e-βs
。
[0121]
图4中，时延预估环节e-τs
为系统主端到系统从端的指令传输时延预估环节e-αs
，与系统从端到系统主端到的指令传输时延预估环节e-βs
之和，即e-τs
＝e-αs
e-βs
＝e-(α+β)s
。
[0122]
闭环控制系统的正向传递函数和反向传递函数分别为：
[0123][0124][0125]
最后，得到系统特征方程为：
[0126]
1+d(s)w(s)＝0
[0127]
其中，传递函数为d(s)、w(s)为实际被控对象模型。
[0128]
由上式可知，主从式控制系统的特征方程中纯滞后环节被有效消除。因此，系统在完整型的双时延smith预估控制策略作用下，能够有效降低系统中的两个双时延环节对系统控制稳定性的影响。但系统主从端间交互指令的传输时延会随通信网络的拥塞程度的变化而变化。若控制系统中smith预估控制策略中的预估时延环节e-τs
未能根据真实时延环节e-αs
和e-βs
的变化做出相应调整更新，则e-(α+β)s-e-τs
不等于0，那么主从式控制系统的特征方程中纯滞后环节不能被有效消除，将影响控制系统稳定性。
[0129]
因此，若主从式控制系统的主从端指令的传输时延存在波动，为保持系统的稳定性，smith预估控制策略的预估时延环节需跟随真实时延环节变化做出实时调整，降低与真实时延环节的误差，进而降低指令传输时延波动对主从式控制系统稳定性的影响。即系统
的smith控制策略中的预估时延环节能够感知真实时延环节的变化，并及时做出调整，保持e-τs
＝e-(α+β)s
，即e-(α+β)s-e-τs
等于0，消除主从式控制系统的特征方程中纯滞后环节，更好地发挥smith控制策略在含有波动时延环节的主从控制系统中的作用。
[0130]
因此采用实施例一的主从式控制系统中指令传输时延自适应固定方法对控制系统的指令传输时延进行可调整式固定，并把当前固定的时延值共享至smith控制策略中的时延预估环节，使得时延预估环节能够根据当前固定时延大小进行实时调整，达到预估时延环节与真实时延环节零误差。
[0131]
特别地，设置在某时间段，主从式控制系统的时延环节e-αs
和e-βs
为固定时延环节e-ns
，则系统smith控制策略中的预估时延环节e-τs
为e-2ns
。该时刻系统主从交互指令的单向传输时延波动的允许范围为：0～ns。换言之，指令单向传输时延环大小在0～ns内波动，系统中smith控制策略的时延预估环节与两个真实时延环节之和保持一致。因此，当自适应固定时延控制方法的固定时延为某一值且未进行调整下，亦能有效降低指令传输时延的小幅波动对主从式控制系统稳定性影响。
[0132]
与上述方法相应地，本发明还提供了一种主从式控制系统的控制装置，该装置包括计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该装置实现如前所述方法的步骤。
[0133]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现前述边缘计算服务器部署方法的步骤。该计算机可读存储介质可以是有形存储介质，诸如随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、软盘、硬盘、可移动存储盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质。
[0134]
本领域普通技术人员应该可以明白，结合本文中所公开的实施方式描述的各示例性的组成部分、系统和方法，能够以硬件、软件或者二者的结合来实现。具体究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(asic)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。
[0135]
需要明确的是，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本发明的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本发明的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。
[0136]
本发明中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
[0137]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人
员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。