篇一：2004年3月10日传输代维培训试题
一、 填空题（每空1分，共25分）
1、2M复用至STM-1采用 同步复用 方式。
2、SDH设备中传输的2M电信号是HDB3 码型，而STM-N光信号是 加扰的NRZ码型。
3、复用段倒换功能测试对倒换时间的要求是倒换时间为≤ 50 ms。
4、误码可分为随机误码和突发误码两种，前者是 设备内部产生的误码，后者是 外部干扰 产生的误码。
5、光波在光纤中传播时会有一定的损耗，发送端耦合进光纤的光功率大小是－3dBm，耦合处光损耗为1dBm在光纤中传输时的损耗是0.5dBm/km，不考虑光纤微弯对功率的影响，则传输50km后接收端光功率的大小是_-28_dBm。
6、 SDH同步网络时钟共有正常工作模式、__保持工作____模式和_自由振荡_模式三种工作模式，其中最不稳定的是__自由振荡___模式。
7、B1用于 再生 段层误码监视，B2用于 复用 段层误码监视
8、AU-PTR指针针调整以 3 字节为单位，TU-PTR指针针调整以 1 字节为单位。
9、现G.652光纤0色散窗口为 1310nm，损耗为 0.4dBm/km,G.655常用场合为 DWDM 。
10、复用段投入业务的初始测试时长为 15分钟。若测试不合格最多可重复 2 次。
11、为了将PDH信号装入SDH帧结构净负荷中，需要经过 定位 、 映射 和 复用 三个步骤。
12、在622M通道保护环中参与保护倒换的单板有 支路板 。
13、地线接地电阻的要小于2欧。
14、STM-1第39时隙的3-7-3 结构时隙号为： 3-6-2 。
二、 单选题（每题2 分，共20分）
1、SDH设备中，VC4可解复用成多少个VC12？ C
A、 61个 B、62个 C、63个 D、64个
2、MS-AIS 的含义：_B ____
B.整个STM-N帧内除STM-N RSOH外全部为“1”。
3、K1位于A
A、MSOHB、PAYLOAD C、RSOHD、AU-PTR
4、当网络业务为集中式业务时，最好用___C______保护方式。
A、单向PP环B、双向PP环 C、单向MSP环D、双向MSP环
5、光接口类型S-1.1意思是_D _。
C.622M短距1310nm光口，使用G.652光纤 D.155M短距1310nm光口，使用G.652光纤
6、下列哪种情况要立即向省公司网络监控室报告： B
A、 某一机房环境过于肮脏
B、 某一条与任一已经直联的电信公司的互联互通的2M路线中断
C、 某一机房发生断电事故
D、一机房出现水浸现象
7、供电设备的总熔丝不得超过设备最大负荷的B 。
A、20%B、30%C、40%D、50%
8、平均障碍历时定义为： C 。
A、障碍历时/2M障碍数 B、障碍历时/满容量的2M数C、障碍历时/使用的2M数
D、障碍历时/N*STM-1
9、MSP环的最大节点数为 D 。
A、10 B、12C、14 D、16
10、我国的SDH同步方式采用A 。
A、主从同步B、伪同步C、异步方式D、准同步
三、不定项选择题（每题3分，若少选一答案为1分，选错一答案为0分，共15分）
1、在网络倒换时，倒换复用段倒换控制器可能出现的状态为 A D。
A、S态 B、I态C、WTR态 D、P态
2、STM－N的帧结构包括 ABD 。
A、SOHB、AU-PTR C、ADMD、PAYLOAD
3、单向PP环的倒换条件是 BD 。
A、R_LOS B、TU_AIS C、HP_TIM D、TU_LOP
4、本地传送网SDH传输设备维护内容有： ABCD
A、开通B、查障、排除和维修 C、解决由故障引起的性能下降的问题
D、建立完整性维护资料
5、将一对光纤功或数字通道调至备用的时限为 D 分钟，2M速率以上电路调至备用的时限为 B 分钟。
A、2B、3C、4 D、5
一、 填空题（每空1分，共30分）
1、STM－N帧中复用段DCC为 D4-D12 字节，传输速率为 576Kbit/s。
2、在光通信中最常用的波长有 850nm 、 1310nm 和 1550nm 。
3、主从数字同步网中，从站的时钟工作模式有哪三种 正常工作模式、 保持工作模
式、自由振荡工作模式。
4、在所有时钟源都丢失的情况下，时钟板根据所记忆的数据自动进入保持工作模式 ，保持
时间达 24 小时 。
5、SDH设备中传输的2M电信号是 HDB3 码型，而STM-N光信号是 加扰的NRZ 码型。
6、指针的码速正调整是 提高 信号速率，码速负调整是 降低 信号速率(选提高或降低)。
7、STM-N帧的帧频为 8000 帧/秒，而单独一个字节的比特传输速率是 64Kbit/s 。
8、SDH帧结构的段开销中__A1_ 字节和 _A2_ _节用来识别帧的起始位置。
9、复用段保护环上网元节点个数最大为 16，因为 K2(b1-b4)只能指示16个节点
号。
10、 复用段倒换功能测试对倒换时间的要求是倒换时间为≤ 50 ms。
11、 STM-1可复用进 63个2M信号， 3 个34M信号， 1 个140M信号。
12、 在STM－4的帧结构中，有 12 个A1字节，有1 个B1字节，有 12 个B2字节，
有 1 个S1字节，从VC12复用到STM－1的路径我们知道，至少需要 4帧STM-1才能
传送完整的VC12通道开销。
13、 单向通道保护环的触发条件 TU-AIS 、 TU-LOP 告警。
1、为了将PDH信号装入SDH帧结构净负荷中，需要经过复用、定位和 C三个步骤。
A、重定位 B、指针C、映射 D、倒换
2、常用光功率的单位为：( D )
A：mwB:dbC:dbuD:dbm
3、TU-AIS 的含义:__A ____
A.VC-12和TU-12指针全部为“1”。B.整个STM-N帧内除STM-N RSOH外全部为“1”。C.整个STM-N帧内除STM-N RSOH和MSOH外全部为“1”.
D.AU 指针为全1
4、G.652光纤的零色散点位于_C_ __处，因此在此波长处，其色散最 小，但衰耗较大。
A.1550nm B.1330nmC.1310nm D.850nm
5、光接口类型S-4.1意思是_ C _。
C.622M短距1310nm光口，使用G.652光纤
D.155M短距1310nm光口，使用G.655光纤
6、SDH设备中，VC4可解复用成多少个VC12？ 63 个
7、出现线路故障的时候，需要使用以下那一类型的仪表进行故障点的判断？ OTDR
误码仪 OTDR频谱分析仪 可变光衰减器
8、“电路在线测试”指的是： C
A、中断业务进行测试
B、进行环路测试
C、不中断业务进行测试
D、进行串接测试
9、哪种行为是不正确的？ B
A、拔插盘前带防静电手镯
B、拔插尾纤时用眼睛看看尾纤是否干净
C、进机房要换拖鞋或戴鞋套
D、经常打扫机房，保持机房整洁
10、用于环形网络和链形网的中间节点，可以双向上下业务的网元类型是: B
A.、TMB、ADM C、DXC D、REG
11、AU-PTR位于 C 之间
A、POHB、PAYLOAD C、SOHD、TU-PTR
二、 不定项选择题（每题5分，若少选一答案为2分，选错一答案为0分，共20分）
1、SDH与PDH相比有哪些优点？ABCDE
A、良好的兼容性 B、丰富的开销字节
C、强大的网管能力D、标准的光接口
E、高速率、大容量
2、现现传输网常用的自愈保护方式为 CD
A.两纤单向MSP环日 B. 双纤双向PP保护环 C.两纤双向MSP环 D.两纤单向PP环
3、STM－N的帧结构中段开销又可分为 ABCD 。
A、RSOH B、MSOH C、AU-PTR D、PAYLOAD
4、光衰耗器分为A 和固定衰耗器两种。
A、 可变衰耗器 B、逆变衰耗器 C、固定衰耗器 D、步进式衰耗器
5、本地传送网SDH传输设备维护内容有： ABCD
A、开通B、查障、排除和维修 C、解决由故障引起的性能下降的问题 D、建立完整性维护资料
四、问答题（共30分）
1、请解释误块秒和严重误块秒含义（5分）
误码秒（ES）：当某一秒中发现1个或多个误码块时称该秒为误块秒
严重误码秒（SES）：某一秒内包含有不少于30%的误块或者至少出现一个严重扰动期（SDP）时认为该秒为严重误块秒。
2、CCITT规范了哪几种单模光纤？目前应用最广泛的有哪些？有何特点？（5分）
CCITT规范了G.652、G.653、G.654T和G.655单模光纤，目前应用最广泛的有G.652和G.655。 G.652规范的光纤：指在1310nm波长窗口色散性能最佳，又称为零色散位移单模光纤（0色散窗口在1310nm波长处），它可应用于1310nm和1550nm两个波长区，主要用于SDH设备；
G.655的光纤：非零色散位移单模光纤，最适合密集波分复用系统。
4．如果你值班的时候发现网管发出告警声,经过判断为RLOS告警,请你叙述你处理问题的过程.（10分）
要点：1、RLOS为紧急告警，一定要上报各市公司网维中心，
2、根据网维中心指示，进行故障处理；
3、进行电路调度，先保证网络通畅
4、故障处理，判断告警产生的实体、进而定位到故障站点和故障设备
5、提交多个故障处理方案，并进行故障处理
6、故障处理完毕后，提交完整的书面报告至网维中心存档.
5、简述SDH传输设备维护的界限划分
答：1）以光路线进入机房的第一个ODF为界，ODF及其以内的设备属于SDH传输设备维护；
2）以DDF架为界，DDF架内的一侧为SDH传输设备维护；
3）电力室至SDH机房的馈电线和地线，以进入列头柜的端子为界，端子以内至SDH设备的一端为SDH传输设备维护；
4）SDH无人中继站、光中继器及其配套设备的维护属于SDH传输设备维护；
5）空调设备及其环境监控系统不属于SDH传输设备维护范围之内。
一、填空题
1、STM－N帧中复用段DCC为 D4-D12 字节，传输速率为 9*64=576Kbit/S。
2、对于再生段误码监视，BIP－8是对 扰码后的前一帧的所有比特进行计算，结果置于 扰码前的B1中 。对于复用段的误码监视，BIP－24是对前一帧待扰的STM-1中除SOH的全部比特 进行计算，结果置于本帧待扰码帧的B2中。对于STM－N系统，B1一次最多可以监测到 8 个误码块；B2一次最多可以监测到 24 个误码块。
3、设备能根据S1字节来判断 接收的时钟信号质量。S1的值越小，表示 时钟质量级别越高 。
7、B1监测到有误码后，在本端有 RSBBE 性能事件上报网管并显示相应的误块数。
8、B2监测到有误码后，在本端有 MSBBE性能事件上报网管并显示相应的误块数，用M1字节传送信息，同时在发送端的性能事件MSFEBBE 中显示相应的误块。
11、第37时隙在VC4中的位置为第 1个TUG3，第 6个TUG2，第2个TU12。
12、对于AU的指针调整，AU-PTR 为负调整位置， AU-4净负荷为正调整位置。 3个字节为一个调整单位。
13、码速正调整是 提高 信号速率，码速负调整是 降低 信号速率(选提高或降低)。
14、TU－PTR指针的调整单位是1 个字节，可知的指针范围为 0-139 。
15、复用段保护环上网元节点个数最大为 16 ，因为这是由k1字节的b5---b8限定的，被用来指示要求倒换的主用信道编号。
16、目前我国SDH网络结构分四个层面，第一层面为 长途一级干线网，第二层面为 二线干线网，第三层面为 中继网 ，第四层面为 用户接入网 。
17、光纤通信中适合传输的3个波长范围为850nm， 1310nm ， 1550nm 。
18、SDH的光线路码型为加扰的NRZ码 。
19、在主从同步数字网中，从站时钟通常有三种工作模式：正常（跟踪）模式 、 保持模式 、 自由振荡模式。在所有时钟源都丢失的情况下，时钟板根据所记忆的数据自动进入保持模式 ，保持时间达 24小时 。
20、误码可分为随机误码和突发误码两种，前者是 内部机理 产生的误码，后者是 脉冲干扰产生的误码。
21、复用段倒换功能测试对倒换时间的要求是倒换时间为≤50ms。
22、 MS-AIS的含义： B 。AU-AIS 的含义： C。
TU-AIS 的含义：A 。
A. VC-12和TU-12指针全部为“1”。 B. 整个STM-N帧内除STM-N RSOH外全部为“1”。
C. 整个STM-N帧内除STM-N RSOH和MSOH外全部为“1”.
23、 在622M复用段保护环中参与保护倒换的单板有 A B D 。 在622M通道保护环中参与保护倒换的单板有C 。
A.交叉板 B.线路板C.支路板 D.主控板
25、一致路由和分离路由8、SDH信号帧传输的顺序为从左到右 ，从上到下 ， 一个比特一个比特地传，传完一帧再传下一帧。传完一帧STM－N信号需要的时间为125us ，因此，信号帧中一个字节的传送速率为 64k Bit/s。
26、APS用K1、K2字节来做保护倒换。其中，K1的比特1--比特4表示请求码 ， K1的比特5--8比特表示 目的节点号，K2的比特1--比特4表示 源节号点 ， K2的比特5表示 长短径,K2的比特 6--8比特表示 告警回告,传递告警 。
27、为了将各种PDH信号装入SDH帧结构净负荷中，需要经过 复用 、 定位
和映射 等三个步骤 。
30、STM-1可复用进 63个2M信号， 3 个34M信号， 1个140M信号。
31、常用光功率的单位为：( D )
A：mwB:dbC:dbuD:dbm
32、制约光传输距离的因素主要有两个： 色散和损耗 。
34、在STM－4的帧结构中，有 12 个A1字节，有4个B1字节，有12个B2字节，有 1 个S1字节，从VC12复用到STM－1的路径我们知道，至少需要 4帧STM-1才能传送完整的VC12通道开销。
35、单向通道保护环的触发条件TU-AIS TU-LOP（支路单元指针丢失） 告警。
36、 双纤双向复用段保护环的触发条件 LOS 、 LOF 、MS-AIS 、 AU-LOP告警。
37、S-1.1的含义是 155M速率，1310nm波长的短距离传输
40、开销字节中用做APS通路字节的是 K1，K2 ， MS-RDI由 K1（6-8） 字节传递，MS-AIS由 K2 字节传递，外接时钟级别由S1字节传递，MS-BBE为复用段背景误码块 ，由B2字节传递。
41、 通道保护环配置中，在主环有故障时可以倒换至备环，如果主环故障消除，自动倒回的时间为10分钟 （说明几分钟）。
42、写出STM－1信号速率的计算公式 8000*270*9*8BIT/S43 、1310nm波长的激光在G.652光纤中每公里衰减值一般为(B )左右。
A 、0.25db B 、0.4db C 、0.5db D 、1db
44、AU－PTR指针的调整单位是3个字节，可知的指针范围为 0-782 。
45、主环方向的定义逆时针方向 。
46、单向通道保护环的业务容量STM-N 。
47、在故障定位时，不同级别的告警处理的先后顺序为：紧急，主要，次要，提示 。
48、复用段开销处理器如果在下行信号中检测到K2（bit6,7,8）＝111，则上报 MS-AIS 告警，并下插全1信号，同时将上行信号中的K2（bit6,7,8）置为 110 回传对端。如果检测到K2（bit6,7,8）＝110，则上报 MS-RDI 告警。 。
49、在支路告警中，有一个告警与众不同，它不是根据开销或指针的内容来检测的，其流向也与别的告警不同，此告警为 。 （ B ）
A、TUAISB、T－ALOS C、TULOP D、LP－RDI
50、复用段倒换控制器（APSC）有I-正常态、S-倒换态、P-穿通态、WTR-等待态
二、名词解释
1、异步复用方式和同步复用，字节间插复用
异步：利用固定位置的比特塞入指示塞入的比特是否载有信号数据，允许被复用的净负荷有较
大的速率差异。
同步：利用低速率信号在高速信号中的特殊位置来携带低速同步信号，要求两信号同步。
字节间插：SDH复用过程中通过字节间插方式有序地把TU组织到高阶VC中或把AU组织到STM-N中。
2、字节异步映射和字节同步映射
字节异步映射：对映射信号的特性没有任何限制，也无需网同步，仅利用净负荷（有用的净信
息流）的指针调整即可将信号适配装入SDH帧结构。
字节同步映射：要求信号具有以字节为单位的块状帧结构，并与网络同步，无需任何速率调整
即可将信息字节装入VC中规定位置的映射方式。
4、一致路由和分离路由
一致路由：指收发业务走相同路由；
分离路由：指收发业务走不同路由；
5、1＋1（PP）和1：1（MSP）保护
答：采用1＋1保护时，业务同时在两个信道上传输，接收端根据两个信道的信号质量进行优选一句
话，就是“并发选收”的机制。
而1：1保护时，正常状态下备用通道是空闲的，可以用来承载额外业务，当主用信道发生故障
时则将其业务倒换到备用信道上传送，这时备用链路上的额外业务则无法传送。
7、主从同步和伪同步
伪同步方式用于国际数字网中，也就是一个国家与另一个国家的数字网之间采取这样的同步方
式，例如中国和美国的国际局均各有一个铯时钟，二者采用伪同步方式。主从同步方式一般用
于一个国家、地区内部的数字网，它的特点是国家或地区只有一个主局时钟，网上其它网元均
以此主局时钟为基准来进行本网元的定时。
8、误块秒和严重误块秒
篇二：改变了互联网的41个世界巨人
《改变了互联网的40个人》这不是神话！ 互联网让世界紧密连接在一起，Web 改变了我们的阅读，沟通，娱乐，购物，社交，以及经商的习惯，社会网络甚至让我们找回了儿时的玩伴。互联网的历史伴随着各种伟大的想法以及对这些想法的实现，而它们的背后，是一些曾经，正在或将要改变互联网的人。
Vint Cerf 与 Bob Kahn - 互联网之父
互联网之父 Vint Cerf 连同 Bob Kahn 创建了 TCP/IP 通讯协议，有了它，全球的计算机可以相互交流。Vint Cerf 曾经说过，互联网是人类的影子，这个免费的服务的一个副产品是垃圾信息。
Tim Berners-Lee - Web 之父
Tim Berners-Lee 发明了 Web，他编写了第一个 Web 浏览器和服务器，并设计了链接与超文本的工作方式，他目前在 W3C 负责 Web 标准，并继续为他的这项伟大的发明提供改进。
Ray Tomlinson - Email 之父
电子邮件之父 Ray Tomlinson 是一位程序员，他的努力使全球不同地方的人可以相互通信，他无意中选用了 @ 作为电子邮件地址的标志，如今，全球每天有超过 10 亿人在键盘上敲这个字符。
Michael Hart - 电子书之父
Michael Hart 推动了电子书的诞生，打破了知识的障碍，他创办了一个叫做 Gutenberg 的项目，这个世界上最早的电子图书馆改变了我们的阅读习惯，藏书包括公共图书以及快速授权书籍。
Gary Thuerk - 垃圾邮件之父
垃圾邮件是一种颇有些年头的营销技术，Gary Thuerk 曾通过 Arpanet 向他的客户群发了一封推销 Digital 最新 T系列 VAX 系统的邮件，他不曾料到的是，这是世界上第一封垃圾邮件。
Scott Fahlman - 笑脸符之父
Scott Fahlman 首次使用 :-) ASCII 符号表示笑脸，希望借此在消息中活跃气氛，如今，所有人都在即时消息，聊天以及电子邮件中使用这个符号。参阅：当 Web 表情走入现实。
篇三：论文作业(2)—王兆亮测控班308小组
收稿日期: 2010- 03- 17
基金项目: 国家863高技术项目( 2008AA040202); 教育部创新 工程培育资金项目( 708045)
作者简介: 周生龙( 1974 ), 男, 四川南充人, 在读博士生, 主要 研究方向为时延遥操作机器人; 宋爱国( 1968 ), 男, 教授, 博 士生导师, 主要从事机器人传感与控制技术、康复工程研究。
时延遥操作系统的能量观测与控制研究进展
周生龙, 宋爱国
( 东南大学仪器科学与工程学院远程测控技术江苏省重点实验室, 江苏南京 210096)
摘要: 能量观测与控制方法基于无源理论, 在有源网络端口观测力和速度(位置)信号, 分析并动态补偿能量以保持网络稳定, 无需控制对象模型信息和通信传输时延估计。综述了时延遥操作系统的一端口和二端口网络能量观测与控制方案的研究进展, 讨论了存在的主要问题, 并指出进一步研究的方向为定量分析操作性能、改进控制器工作条件、克服传感器影响和安全操作等。 关键词: 时延; 遥操作; 能量观测与控制
中图分类号: TP242. 3 文献标识码: A 文章编号: 1000- 8829( 2010) 10- 0001- 05 Research on Energy Observing and Control for T ime Delay Teleoperation Systems
ZHOU Sheng long, SONG A i guo
(Remo teM easuring and Contro l Jiangsu Prov inceKey Labo ra to ry,
Schoo l of Instrum en t Sc ience and Eng ineer ing, Southeast University, Nanjing 210096, Ch
ina)
Abstract: Passiv ity based energy observ ing and control (EOC) mon itors force and ve loc ity /posit ion at non pas sive netw ork port for energy, analyzes and dynam ically compensates energy to stab ilize systems neither w ith
contro lled system mode l informat ion nor signal transpo rt de lay tim e estimat ion. The research of one port and
tw o port netw ork energy observing and control for time delay teleportation system s is summarized and ma in problems are d iscussed. B etter controllers, quantitative teleoperat ion performance analysis, overcom ing sensor
effect and sa fe operation are pointed out further research.
Key words: tim e delay; teleopera tion; energy observ ing and control 遥操作起源于上世纪40年代, 在外层空间机器人断是否无源。若有源, 则引入一个环节, 仅仅消耗探索、深海科学研究、危险环境作业、移动机器人、使系统有源的能量, 通过能量补偿达到保持系统基于Interne t的远程医疗等领域被广泛的研究和无源稳定的目的。该控制方法最初用来解决触觉再应用[ 1- 5] 。Sheridan等通过实验研究指出了通信现接口系统中接触刚性虚拟墙的不稳定性问题,
[ 6]
传输时延对遥操作系统的影响 并引起了极大关其在无时延的本地触觉接口系统中已经得到广泛注。半个世纪以来克服遥操作系统通信环节时延、讨论[ 15- 17] , 许多研究人员还尝试将其推广到时延建立稳定的系统、获得透明操作性能一直是国内外双边遥操作系统。尽管为了维持系统无源引入补偿研究人员不懈努力的方向, 他们先后提出了无源阻抗会降低操作性能, 并且还需要解决一些关键理论、现代控制理论和虚拟现实等控制和算法[ 7- 问题, 但因其具有不需要被控系统模型信息、不估13 ]
, 在一定程度上解决了时延遥操作系统的稳定计信号传输时延、动态补偿等优点, 在复杂时延和性问题, 同时尽可能地实现了更好的临场感。通常非结构多样环境等遥操作系统中具有良好应用前使用固定阻抗来补偿时延的影响。网络端口能量观景。本文首先介绍网络端口能量观测与控制方法的
[ 14]
测与控制方法 基于无源理论, 直接观测系统配置和基本算法, 然后归纳总结一端口和二端口端口的参数(力和速度/位置), 计算网络能量, 判网络能量观测控制方法在时延遥操作系统中的研
究现状, 讨论存在的主要问题并展望进一步研究的方向。
收稿日期: 2010- 03- 17
基金项目: 国家863高技术项目( 2008AA040202); 教育部创新
工程培育资金项目( 708045)
既是网络
N 无源的判定准则也可作为控制目标。为了消耗不稳
定网络产生的能量, 引入耗能环节作为控
制器, 根
据端口的阻抗或导纳特性, 分别配置串联和并联两种
作者简介: 周生龙( 1974 ), 男, 四川南充人,
形式[ 14] 。在双边遥操作系统中通常使用图
在读博士生, 主要 1所示的
一端口网络串联配置, f i 为力, vi 为速度
研究方向为时延遥操作机器人; 宋爱国( 1968 ),
( i= 1, 2)。根
男, 教授, 博 据实际控制关系画成图2左边的并联形式, 引
士生导师, 主要从事机器人传感与控制技术、入控制 康复工程研究。
器后定义: f 1 = f 2 + vi。考虑式( 2)
1 网络能量观测与控制
中没有必要计
算 T 的乘法, 为了减小计算量, 定义新变量
1. 1 能量观测
W ( n ) =
考虑M 个端口的网络N, 若所有端口能量参数Eob ( n ) / T, 那么判断网络有源的条件更F 换为W ( n ) <
时延遥操作系统的能量观测与控制研究进展 0。对于单端口网络, 式( 2)中M = 1, 能量控1 制基本方
( t)和V ( t)可获得, 初始能量为E ( 0), 网法按式( 3) ~ 式( 6)计算。 络N 无源的
图1 一端口网络
充要条件为
网络端口输入为
v1 ( n ) = v2 ( n ) ( 3) W ( n )的递推计算为
( n) = W ( n - 1) + f2 ( n) v2 ( n) + ( n W
网络端口能量参数F ( t )和V( t )的观测一般可以 - 1) v2
通过采样获得, 若与遥操作系统的动态特性2 ( n - 1) ( 4) 相比, 采样
控制器及其工作条件( v2 % 0)为
周期 T 足够小, 并假设网络N 的初始能量E ( 0) = 0,
( n ) =
则网络N 在n时刻无源的能量Eob ( n )
满足
- W ( n ) /v2
1. 2 能量控制
若网络在每个n 时刻的能量E ob ( n) ?0则表明网
络无源, 消耗能量; 若E ob ( n ) < 0 则表明网络产生能
量, 可能不稳定, 产生的能量为- E ob ( n)。将产生的能
量消耗掉就可以保持网络无源, 因此, 式( 2)
2 ( n)W ( n) < 0 0 W ( n) ? 0
( 5)
在控制器实时调节下得到网络无源时的输出 f1 ( n ) = f2 ( n ) + ( n) v2 ( n ) ( 6) 可以证明网络引入控制器后是无源的[ 14] , 即
?n k= 1
f1 ( k ) v1 ( k ) ? 0 ( 7)
式( 5)表明能量控制器仅仅在网络从无源变成有
源时才工作, 消耗有源能量后网络变成无源, 关闭控制
器。控制器工作时补偿能量, 调节反馈力f 2, 同时也使
反馈力&失真?, 因为式( 6)中f 1 ( n ) % f2 ( n ), 系统透明
性下降, 但下降程度仅为使网络有源的能量。因此, 能
量观测与控制方法根据遥操作系统实际工作状态进行
能量动态补偿, 无需被控系统模型信息, 也不估计通信
时延, 对未知环境和多样环境的遥操作具有实用意义。
由一端口网络容易得到二端口网络的串联配置
(如图2所示)。将主机械手的速度/位置信号、从机
械手与环境作用的力反馈信号作为指令, 在通信网络
N 的主、从机械手端引入串联阻抗配置1 和2, 同时
作用调节速度指令和反馈力达到控制网络能量的目
的, 文献[ 18]给出了二端口网络无时延条件下能量观
测与控制的基本算法。
图2 二端口网络
2 时延遥操作系统的能量观测与控制 二端口网络能量观测与控制基本算法中W ( n )的
递推计算与网络两端的观测参数(f 2, v2 )、( f3, v3 )和控
制器1、2 有关, 若f 3 和f2 分别表示从机械手与环境
的作用力及其通过通信环节传回主机械手端
的力, v2
和v3 分别为主机械手的速度(位置)及其通过通信环
节传到从机械手端的速度(位置) , 那么对于时延双边
遥操作系统中的通信环节(如图3所示), 上述基本算
法不能直接应用, 因为不管W ( n )放在主机械手端还
是从机械手端, 空间距离和信号传输时延使主、从两地
的观测参数( f2, v2 )和(f 3, v3 )不能同时获得, 当通信环
节有源时W ( n )的计算结果也不能同时传送到主、从
两地的调节控制器1、2。 图3 力反馈双边遥操作系统
操作者与远程机器人之间存在&遥?距离, 通过通
信环节传输信号, 通信环节通常存在时变时延, 影响遥
操作系统的操作性能, 若时延达到一定程度还会导致
系统不稳定, 一个显著的现象就是网络变成了有源。
多数控制策略建立带时延(定时延或变时延)的系统
模型, 必须估计时延, 然而复杂时延的精确估计比较困
难(如Internet随机时延)。力反馈双边遥操作系统模
型可分解为若干一端口和二端口子网络( 如图3 所
2 (测控技术) 2010年第29卷第10期
示) , 操作者、环境为典型的一端口子网络, 主机械手、
通信环节和从机械手都是二端口子网络。如果以通信
环节为中心, 把遥操作系统的子网络通过各种组合视
为一端口或二端口网络处理, 网络能量观测与控制方
法可用来保持网络无源, 每个子网络无源则遥操作系
统全局无源稳定。
2. 1 一端口网络方案
将通信环节、从机械手及其控制器、环境组合为一
个一端口网络, 在通信环节的主机械手端引入能量观
测与控制环节, 等效网络如图1所示。由于仅在通信
环节的一端观测和控制, 实现难度相对较低, 目前主要
提出了3种控制算法。
Hou提出用PD 控制从机械手, 将环境反作用力fe
反馈回来进行观测和调节, 能量观测[ 19] 见式( 8), 控制
器与式( 5)类似, 输出到主机械手的力为f 1 = Eob ( n ) /
( v2 T )。
W are提出一种简化的能量观测方法[ 20] 见式( 9),
其中, dE /dt为能量微分, 控制器的算法同式( 5), 工作
条件为Pob < 0, 输出调节力为f1 = f 2 - P ob /v2。
E ob ( n + 1) = Eob ( n ) + f2v2 T ( 8) Po b = f2 v2 - dE /dt ( 9)
A rtigas将通信环节、从机械手及其控制器、环境组
合为前向一端口网络NFw d, 将操作者、主机械手及其
控制器合并为一端口网络后再与通信环节组合为反向
一端口网络NBwd, 其中通信环节是两个一端口网络
的重叠部分, 提出的算法[ 21- 22] 考虑通信环节时延影
响, 并在主/从机械手与通信环节之间加入了无源连续
离散连接环节消除模数和数模转换产生的能量。
2. 2 二端口网络方案
以通信环节为中心的二端口网络方案主要有以下
4种能量观测与控制策略。
Ryu将通信环节、主从机械手控制器的组合视为
一个二端口网络[ 23 - 24] , 在其两端引入能量观测和控制
环节, 这是最早的尝试, 但没有考虑空间距离和时间延
迟, 因此无法应用到时延遥操作系统中。 Iqbal在通信环节两端进行能量观测和控 制[ 25- 26 ] , 主、从机械手端的能量补偿均为阻抗配置。
为解决通信环节两端的能量参数( f2, v2 )和( f3, v3 )同
时获得的问题, 在从机械手端用非线性卡尔曼滤波器
建立从机械手与环境的非线性回归估计模型, 在线预
测从机械手端参数f3, 同时用统计方法估计网络时延
T, 算出主机械手速度(位置)传到从机械手的滞后步
长 = T / T, 得到v3 = v2 ( n - ), 这样就可以在通信环
节的主机械手端计算W ( n )。由于W ( n )放在通信环
节的主机械手端, 其计算结果必须传回从机械手端调
节控制器, 为了解决两端能量控制器的同步调节问题,
引入了时间标签。
Ryu把二端口通信环节每个端口的能量分解为流
入E in ( k)和流出E ou t ( k )两部分[ 27] , 将主机械手端观
测的流入能量通过通信环节传给从机械手端, 时延为
T1 ( t); 将从机械手端观测的流入能量通过通信环节传
给主机械手端, 时延为T2 ( t), 用上标M 和S 分别为主
机械手和从机械手, 只要满足式( 10)和式( 11) , 二端
口网络能量就满足? 0的无源稳定条件, 若式( 10)和
式( 11)任意一个不成立时, 在该端口启动控制器, 需
要传输4个信号即主机械手的速度(或位置)、从机械
手与环境之间的作用力和两端口的流入能量。 K im提出通信环节的主从两端都使用能量边界控
制策略[ 28] , 见式( 12)和式( 13) , 其本质与基本算法中
式( 5)和式( 6)类似, 但对控制器!进行了必要约束:
?m in ? !( n) ? c, 并给出了约束条件c和?m in ( n)的确定
算法。 EM
in [ k - T1 ( t) ] ? ES out ( k) ( 10) ES
in [ k - T2 ( t) ] ? EM out ( k) ( 11)
F( n) = F ( n - 1) + !( n) x ( n ) / T ( 12) !( n) = T [ F( n) - F ( n - 1) ] / x ( n) ( 13)
3 问题与展望
3. 1 定量分析系统操作性能
目前尚无文献定量分析能量动态补偿时对系统操
作性能的影响程度, 因此一端口和二端口网络方案各
方法孰优孰劣仍有待分析讨论。操作者正确的感知才
能做出正确的决策, 系统稳定才有意义。操作者在力
反馈遥操作系统中感知和控制环境的过程, 实际上是
系统将环境阻抗传递到操作者的过程, 因此一般用系
统传递环境阻抗的准确性来评价操作性能。环境阻抗
可表示为Z e ( s) = Fe ( s) /Ve ( s), 遥操作系统的主机械
手端虚拟阻抗定义为Zv ( s) = Fh ( s) /Vm ( s), 环境阻抗
透明传输时Zv ( s) = Ze ( s)。然而, 能量积分和补偿计
算并不依赖系统模型, 无法推导两个阻抗的表达式, 需
寻求其他途径定量分析系统的操作性能。
3. 2 改进控制器工作条件
时延遥操作系统的一端口和二端口网络能量观测
与控制方法以W ( n) < 0或类似准则作为控制器开始
工作的判定条件。若将环境模型视为质量、阻尼和弹
簧的二阶系统, 阻抗Ze ( s) = ms + b+ k /s。以下两种
情况表明控制器工作条件存在一定的局限性。
+ 对k, [ 0, kmax ]的变阻抗环境作业。k 较小时,
操作过程中W ( n ) > 0并逐渐增大; k 发生很大突变, k
? km ax, W ( n)迅速减小, 但在W ( n ) < 0 之前需要一定
时间, 在这段时间内系统已经不稳定[ 29] , 但控制器不
会启动。远程操作的掘土机铁铲进入松软土层到达一
时延遥操作系统的能量观测与控制研究进展 3
定深度碰到坚硬岩石、远程医疗机械手抓住病人手臂
首先接触肌肉然后接触骨头等遥操作均属此类情况。
目前的3种解决方法都存在不足: D. Ryu将从机械手
的位置信号进行DFT 变换得出一个新的判断条
件[ 29] , 对比实验表明控制器启动快一些, 但DFT 计算
需要一定时间, 反应仍有滞后; R eza通过实验指出能
量观测与控制方法在环境刚度大于某个值时控制效果
比较好[ 30] , 设定一个刚度阈值作为控制器工作的判断
条件, 但需要对环境建模; Iqbal提出同时判断W ( n )及
其变化趋势[ 25] , 当W.( n ) < 0 开始控制, 不必等到W
( n ) < 0, 控制器反应速度快, 但能量积累非单调增加
时会导致控制器误动作。
/ Zc = 0, 即从机械手自由运动。观测的能量由0
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