4种双向控制系统对比分析控制类型传感器优点缺点力直接反馈型力矩传感器实现简单主手的影响较大，且抓取刚度大的物体时，对主手冲击大力偏差反馈型力矩传感器受主手影响小抓取刚度大的物体时，对主手冲击大对称型位移传感器实现简单，以位移差实现力反馈受系统时延影响大力-位置并列型力、位移传感器位置跟随响应快系统容易不稳定，力效果较差2新型力反馈双向伺服系统的控制策略及算法笔者认为在力偏型和力-位置复合型中，用操作力与工作阻力的力偏差信号去驱动操作杆的运动，是造成反馈力冲击过大的主要原因。因为操纵杆与执行机构的受力情况不同、质量与转动惯量也不同，本应加在执行机构上的力，如果加在操纵杆上时，势必会产生较大的冲击。故提出一种新型力反馈双向伺服控制方案（如所示）。当执行机构接触到刚性负载时，根据作用力与反作用力的原理，执行机构上的驱动力与来自刚性负载的反作用力会自动平衡，所以控制方案从控制原理上更加符合动力学原理，从理论上能有效消除操作杆的冲击和振动。

　　新型力反馈双向伺服控制策略设主手和从手的惯量和阻尼矩阵分别为Mm，Bm和Ms，Bs；取主、从手的位置增益系数为Kp；速度增益系数为Kv；忽略加速度的增益；操纵力为F0。下面分析环境物体的动力学特性及主从控制策略的性能。真实情况下环境物体的动力学模型是非线性的，为简化模型把环境物体看作是一个质量-弹簧-阻尼体。

　　环境物体的简化模型设其惯量、刚度矩阵和阻尼分别为Me、Ke和Be。结合和所示，则对于主手的动力学模型及控制策略：Fm=Kp+Kvdt0xsFe-Kp+Kvdt0xmF0，（1）F0=Mmxm+Bmxm+Fm。

　　（2）因为在大多数情况下，可以认为操作人员所感受到的力与操作人员施加给主手的操作力向量F0相等，所以也用F0表示操作人员所感受到的力。即：F0=Mmxm+Bxm+KP（xs-xm）+Kv（xs-xm）（3）对于从手的动力学模型及控制策略：Fs=0KfxmF0-0KfxsFe（4）Fe=Mexe+Bexe+kexe（5）Fs=Msxs+Bsxs+Fe（6）由于机器人的非线形动力学特性很敏感，容易产生超调和振荡，所以，在工程实际中不加入积分环节，采用PD控制。

　　故主从端的控制量分别为：um=Kpm（xs-xm）+Kds（xs-xm）（7）us=Kpmf（F0-Fe）+Kdsf（F0-Fe）（8）其中：Kpm为主动端位置比例增益；Kds为主动端位置微分增益；Kpmf为从动端力的比例增益；Kdsf为从动端力的微分增益；um，us为主从端的控制量；xm，xs为主从端的位移。

　　新型力反馈双向伺服控制系统设计控制系统主要由主、从液压缸、计算机（包括软硬件）、2套功放电路、2个液压伺服系统、2个力传感器（应变片及其调理电路）和2个位置传感器组成。

　　单自由度-从遥操作试验方案系统的基本工作原理可描述如下：由操作者操纵主手运动，安装在主机械手上的位置传感器和力传感器分别将它们检测到的位置、力信息通过A/D接口电路送入计算机，计算机按照一定的控制算法，采用4路传感信息并产生有效控制输出，经D/A转换和功率放大后分别驱动主、从液压缸，使得在自由运动时的主机械手实现对从机械手的位置跟踪，而在从机械手与环境相互作用时通过力反馈使主机械手实现对从机械手的力跟踪，从而体现出力反馈临场感的基本思想。

　　4台架实验结果及分析取液体体积弹性模量为700MPa，液体密度为855kg/m3，液压缸活塞杆直径为0.035m，液压缸活塞直径为0.063m，阀口流量系数为0.43，负载粘性阻尼系数为8KN/（m/s），放大器增益为150mA/V，比例阀系数为3×10-6m/mA，液压缸固有频率为42.6rad/s，相对阻尼系数为0.705.根据液压技术和液压伺服控制<4>，得出系统的开环传递函数：G（s）=Y（s）U（s）=51894s（s2+74。

　　4s+34596）（19）在工程实际中，广泛应用PID控制技术，但是对于机器人的非线形动力学特性很敏感，容易产生超调和振荡，所以，在实际操作中不加入积分环节，采用PD控制。

　　在本系统中采用模糊自适应整定PD控制算法。实验以在实验中所采集的操纵杆上所施加的力信号作为Fop，作用对象分别为大刚性弹簧、小刚性弹簧，对力反射伺服型和新型力反馈双向伺服控制算法进行比较分析。对于位置跟随曲线与反馈力曲线，横轴为时间轴，纵轴分别为力反馈操纵杆位移的量化值和反馈力的量化值，范围分别为<0，4000>和<0，2500>.

　　在大刚度弹簧作用下力反射伺服算法和新型力反馈算法所得出的主从位置跟随曲线及力反馈曲线图，从中可以看出，2种算法都能较。好的体现主从位置跟随关系，但是，新型力反馈算法主从位置跟随明显好于力反射伺服控制算法；从力反馈曲线图中，新型力反馈算法能很好的感受到“力感觉”，而力反射伺服控制算法则存在反馈力冲击主手的现

　　力反射伺服算法和新型力反馈算法作用小刚度物体的位置跟随曲线、反馈力曲线，如图所示，力反射型双向伺服控制算法在作用刚度小的物体时，在反馈力不能够很好地反映出物体的软硬程度，并且对操作者有较大的冲击力，使操作者难以忍受。而新型力反馈算法则较好的体现了系统的位置跟随特性和力反馈特性。力反射伺服型算法和新型力反馈算法作用硬木时的位置跟随曲线、反馈力曲线，从图中可以看出，在新型力反馈控制算法中，操纵杆可以较好的跟随从手位移，并且从反馈力曲线可以明显看出能很好反映物体的软硬程度，对操作者的冲击力也大大减小，这样，操作者可以很好地与环境进行动态互交，提高工作效率。而在力反射算法中，可以看出将产生比较大的反馈力冲击，使操作者难以忍受。

　　结论通过分析以前的多种双向伺服控制方法，提出了新型的力反馈双向伺服控制算法。通过实验结果表明：实验系统所提出的控制方法与控制原理，符合主-从控制的初衷，更好地实现了力反馈的基本思想，明显改善了系统的操纵性能，使操作者获得真实的力觉临场感。同时，为进一步研究和讨论力反馈双向伺服控制技术在遥操作工程机器人中的应用提供了理论和实验依据。