【学校优博展示】翟弟华：复杂网络及外部环境下遥操作机器人控制问题的研究
一、论文主要内容及创新点
博士期间，依托于国家杰出青年科学基金项目“多源信息复杂系统控制基础理论与方法”和北京市自然科学基金重点项目“脊柱微创手术网络化遥操作机器人的基础问题与关键技术”，本人主要从事复杂网络及外部环境下遥操作机器人控制问题的研究。主要贡献有：
（1）为降低遥操作系统控制设计和分析的难度，从控制实施便捷性、分析方法通用性、性能提升三个方面进行考虑，基于动态补偿思想，提出了一种面向遥操作机器人的辅助切换滤波控制方法，并利用切换控制理论，在状态不相关输入到输出稳定性意义下完成了闭环系统性能分析。在该方法统一的框架下，实现了针对遥操作系统的双边自适应控制、有限时间控制、饱和控制、多机器人协调协作遥操作控制等多种控制任务的设计和分析。在提升控制性能的同时降低了设计的复杂度，得到系列研究成果，发展了遥操作系统控制的新方法体系。
（2）针对脊柱微创手术网络化遥操作机器人的高精准度控制、高灵活性及自主避障性能等关键科学问题，设计了高性能控制算法。一方面，基于切换滤波控制技术，开发了具有时变通信时滞的异构遥操作机器人系统半自主自适应控制新方法；在实现主从机器人的同步控制的同时，从机器人可以利用冗余关节自主完成避障、避免奇异性等附加子任务控制，提高了复杂、动态环境中机器人作业能力。另一方面，提出了基于描述性能控制策略的遥操作机器人自适应控制方法，实现了复杂网络及外部环境下主从机器人同步性能的定量分析与控制。此外，还提出了基于事件驱动的类描述性能控制方法，并将其用于遥操作机器人控制，进一步提高了经典描述性能控制方法的环境适应性，在保证高精准主从同步控制的同时提升了闭环控制的可靠性。
（1）为降低遥操作系统控制设计和分析的难度，从控制实施便捷性、分析方法通用性、性能提升三个方面进行考虑，基于动态补偿思想，提出了一种面向遥操作机器人的辅助切换滤波控制方法，并利用切换控制理论，在状态不相关输入到输出稳定性意义下完成了闭环系统性能分析。在该方法统一的框架下，实现了针对遥操作系统的双边自适应控制、有限时间控制、饱和控制、多机器人协调协作遥操作控制等多种控制任务的设计和分析。在提升控制性能的同时降低了设计的复杂度，得到系列研究成果，发展了遥操作系统控制的新方法体系。
（2）针对脊柱微创手术网络化遥操作机器人的高精准度控制、高灵活性及自主避障性能等关键科学问题，设计了高性能控制算法。一方面，基于切换滤波控制技术，开发了具有时变通信时滞的异构遥操作机器人系统半自主自适应控制新方法；在实现主从机器人的同步控制的同时，从机器人可以利用冗余关节自主完成避障、避免奇异性等附加子任务控制，提高了复杂、动态环境中机器人作业能力。另一方面，提出了基于描述性能控制策略的遥操作机器人自适应控制方法，实现了复杂网络及外部环境下主从机器人同步性能的定量分析与控制。此外，还提出了基于事件驱动的类描述性能控制方法，并将其用于遥操作机器人控制，进一步提高了经典描述性能控制方法的环境适应性，在保证高精准主从同步控制的同时提升了闭环控制的可靠性。
二、代表成果
1、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Multilateral tele-coordinated control of multiple robots with uncertain kinematics,” IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 2017, DOI: 10.1109/TNNLS.2017.2705115.
2、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “A novel switching-based control framework for improved task performance in teleoperation system with asymmetric time-varying delays,” IEEE Transactions on Cybernetics, 2017, DOI: 10.1109/TCYB.2017.2647830.
3、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Finite-time control of teleoperation systems in the presence of input saturation and varying time delays,” IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics: Systems, 2016, DOI: 10.1109/TSMC.2016.2631601.
4、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Adaptive control of semi-autonomous teleoperation system with asymmetric time-varying delays and input uncertainties,” IEEE Transactions on Cybernetics, 2016, DOI: 10.1109/TCYB.2016.2573798.
5、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Adaptive control for teleoperation system with varying time-delays and input saturation constraints,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol.63, no.11, pp.6921-6929, 2016.
6、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Adaptive fuzzy control of multilateral asymmetric teleoperation for coordinated multiple mobile manipulators,” IEEE Transactions on Fuzzy Systems, vol.24, no.1, pp.57-70, 2016.
7、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Adaptive stabilization of nonlinear teleoperation systems: an SIIOS approach,” International Journal of Robust and Nonlinear Control, vol.26, no.17, pp.3696-3722, 2016.
8、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Adaptive finite-time control for nonlinear teleoperation systems with asymmetric time-varying delays,” International Journal of Robust and Nonlinear Control, vol.26, no.12, pp.2586-2607, 2016.
1、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Multilateral tele-coordinated control of multiple robots with uncertain kinematics,” IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 2017, DOI: 10.1109/TNNLS.2017.2705115.
2、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “A novel switching-based control framework for improved task performance in teleoperation system with asymmetric time-varying delays,” IEEE Transactions on Cybernetics, 2017, DOI: 10.1109/TCYB.2017.2647830.
3、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Finite-time control of teleoperation systems in the presence of input saturation and varying time delays,” IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics: Systems, 2016, DOI: 10.1109/TSMC.2016.2631601.
4、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Adaptive control of semi-autonomous teleoperation system with asymmetric time-varying delays and input uncertainties,” IEEE Transactions on Cybernetics, 2016, DOI: 10.1109/TCYB.2016.2573798.
5、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Adaptive control for teleoperation system with varying time-delays and input saturation constraints,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol.63, no.11, pp.6921-6929, 2016.
6、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Adaptive fuzzy control of multilateral asymmetric teleoperation for coordinated multiple mobile manipulators,” IEEE Transactions on Fuzzy Systems, vol.24, no.1, pp.57-70, 2016.
7、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Adaptive stabilization of nonlinear teleoperation systems: an SIIOS approach,” International Journal of Robust and Nonlinear Control, vol.26, no.17, pp.3696-3722, 2016.
8、D. H. Zhai, Y. Q. Xia, “Adaptive finite-time control for nonlinear teleoperation systems with asymmetric time-varying delays,” International Journal of Robust and Nonlinear Control, vol.26, no.12, pp.2586-2607, 2016.
三、导师寄语
“一个人只有当他把追求真理当作一种内在的需要时，才算是真正的学术追求”——卡尔·雅斯贝尔斯
“一个人只有当他把追求真理当作一种内在的需要时，才算是真正的学术追求”——卡尔·雅斯贝尔斯
四、个人简介
翟弟华，男，中共党员，1988年7月出生于安徽马鞍山。2010年6月毕业于安徽大学自动化专业，获工学学士学位；同年免试推荐至中国科学技术大学自动化系攻读硕士学位，并于2013年6月获工学硕士学位。2013年9月进入北京理工大学自动化学院攻读博士学位。
截止目前，已在IEEE TAC、IEEE TNNLS、IEEE TIE、IEEE TCYB、IEEE TFS、IEEE TCST、IEEE TSMC:Systems、IJRNC等控制领域著名期刊及会议上发表学术论文20余篇。其中，SCI期刊论文16篇，含SCI一区论文7篇，二区论文5篇，ESI高被引论文1篇；1篇论文曾获中国自动化学会青年学术年会最佳理论论文奖。
翟弟华，男，中共党员，1988年7月出生于安徽马鞍山。2010年6月毕业于安徽大学自动化专业，获工学学士学位；同年免试推荐至中国科学技术大学自动化系攻读硕士学位，并于2013年6月获工学硕士学位。2013年9月进入北京理工大学自动化学院攻读博士学位。
截止目前，已在IEEE TAC、IEEE TNNLS、IEEE TIE、IEEE TCYB、IEEE TFS、IEEE TCST、IEEE TSMC:Systems、IJRNC等控制领域著名期刊及会议上发表学术论文20余篇。其中，SCI期刊论文16篇，含SCI一区论文7篇，二区论文5篇，ESI高被引论文1篇；1篇论文曾获中国自动化学会青年学术年会最佳理论论文奖。
翟弟华博士和导师夏元清教授合影
