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基于干扰观测器的机械臂分数阶非奇异终端滑模控制 被引量:2

Fractional Order Non-Singular Terminal Sliding Mode Control for Manipulators Basedon Disturbance Observers
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摘要 针对串联式工业机械臂在实际控制中内部存在建模误差,外部存在多种干扰的轨迹追踪问题,提出了一种结合干扰观测器和滑模控制的复合控制方法。采用拉格朗日方法建立了机械臂的动力学模型以分析其动力学特性;设计了一种有限时间干扰观测器来补偿机械臂受到外界干扰的可观测部分,主动减小干扰对于控制系统的影响;对于不可观测部分,提出了一种改进的分数阶非奇异终端滑模控制策略,并设计了趋近律以保证逼近阶段的控制性能;采用Lyapunov定理分析控制系统的闭环稳定性。通过MATLAB/Simulink控制仿真验证,结果表明该控制方法能够克服扰动以及建模误差带来的不确定性,有效提高机械臂轨迹跟踪的精度,并实现对于期望运动轨迹的迅速追踪。 In order to solve the trajectory tracking problem of serial industrial manipulator with internal modeling errors and external disturbances,a composite control method combining disturbance observer and sliding mode control was proposed.The Lagrangian method is used to establish the dynamic model of the manipulator to analyze its dynamic characteristics.[JP2]A finite-time interference observer is designed to compensate the observable part of the manipulator which is affected by external interference,and actively reduce the influence of the interference on the control system.For the unobservable part,an improved fractional non-singular terminal sliding mode control strategy is proposed,and a reaching law is designed to ensure the control performance in the approximation phase.Lyapunov′s theorem is used to analyze the closed-loop stability of the control system.The simulation results of MATLAB/Simulink control show that the proposed control method can overcome the uncertainties caused by disturbances and modeling errors,effectively improve the trajectory tracking accuracy of the manipulator,and realize the rapid tracking of the desired trajectory.
作者 马振九 章悦 赵彤彤 曹港生 康高峰 夏春明 MA Zhenjiu;ZHANG Yue;ZHAO Tongtong;CAO Gangsheng;KANG Gaofeng;XIA Chunming(School of Mechanical and Power Engineering,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China;School of Mechanical Engineering,Nantong University,Nantong 226019,China)
出处 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2023年第8期98-102,107,共6页 Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
关键词 工业机械臂 轨迹追踪 干扰观测器 非奇异终端滑模控制 控制仿真 industrial mechanical arm trajectory tracking disturbance observer non-singular terminal sliding mode control control simulation
作者简介 马振九(1999—),男,硕士研究生,研究方向为生物机械电子工程、先进控制理论,(E-mail)1725779759@qq.com;通信作者:夏春明(1969—),男,教授,博士生导师,博士,研究方向为控制系统应用与监控、性能分析,工程与生物医学信号分析与处理,(E-mail)cmxia@sues.edu.cn。
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