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基于滑模干扰观测器的机械臂终端滑模控制
基于滑模干扰观测器的机械臂终端滑模控制
摘要：机械臂广泛应用于工业生产中的装配、搬运、焊接等任务。然而，由于机械臂的多自由度和非线性特性，其控制问题具有一定的挑战性。为了提高机械臂的控制性能，本文提出了一种基于滑模干扰观测器的机械臂终端滑模控制方法。该方法通过引入滑模干扰观测器，实现对非线性干扰的在线估计和抵消，从而提高了机械臂系统的鲁棒性和控制精度。通过仿真实验证明了该方法的有效性和优越性。
关键词：滑模控制；机械臂；滑模干扰观测器；控制精度；鲁棒性
1.引言
机械臂是一种具有多自由度的机械系统，广泛应用于工业生产中的装配、搬运、焊接等任务。由于机械臂系统的非线性、时变性和不确定性，其控制问题具有一定的挑战性。传统的控制方法往往难以满足机械臂系统的高精度、高鲁棒性和高可靠性的要求。因此，如何设计一个有效的控制策略，成为了机械臂控制领域的一个热点问题。
滑模控制作为一种非线性控制方法，具有较好的鲁棒性和鲁棒性，被广泛应用于机械臂控制中。然而，传统的滑模控制方法存在着两个主要问题：一是滑模面变化过快，导致控制器的实现困难；二是滑模控制对干扰和模型误差较为敏感，造成控制精度的下降。为了解决这些问题，本文提出了一种基于滑模干扰观测器的机械臂终端滑模控制方法。
2.相关工作
在机械臂控制领域，滑模控制方法已经得到了广泛的研究和应用。Li等人提出了一种基于滑模控制的机械臂抓取控制方法，通过引入滑模变量和滑模面，实现了对机械臂末端的抓取力控制。Wang等人提出了一种基于滑模控制的精密位置控制方法，通过引入滑模面和滑模控制律，实现了对机械臂末端位置的高精度控制。然而，这些方法仍然存在控制精度较低和鲁棒性不足的问题。
滑模观测器作为一种强大的鲁棒控制技术，可以对系统的干扰和模型误差进行在线估计和补偿。因此，结合滑模控制和滑模观测器可以提高机械臂系统的控制性能。Lai等人提出了一种基于滑模观测器的机械臂控制方法，通过构建滑模观测器和滑模控制器，实现了对机械臂位置和力矩的同时控制。然而，他们的方法仍然没有解决滑模面过快变化和滑模控制对干扰的敏感问题。
3.方法设计
为了提高机械臂系统的控制性能，本文提出了一种基于滑模干扰观测器的机械臂终端滑模控制方法。具体设计步骤如下：
步骤1：建立机械臂系统的动力学模型，包括位置和力矩的状态方程；
步骤2：设计滑模控制器，通过引入滑模变量、滑模面和滑模控制律，实现对机械臂末端位置和力矩的控制；
步骤3：设计滑模干扰观测器，通过引入观测误差、观测器增益和观测器动态方程，实现对非线性干扰的在线估计和抵消；
步骤4：建立控制系统的闭环模型，并进行稳定性分析；
步骤5：设计仿真实验，验证所提出方法的有效性和优越性。
4.仿真实验与结果分析
为了验证所提出方法的有效性和优越性，本文设计了一系列的仿真实验。实验结果表明，基于滑模干扰观测器的机械臂终端滑模控制方法具有较好的性能。首先，在无干扰的情况下，机械臂系统能够实现较高的控制精度和鲁棒性。其次，在有干扰的情况下，所提出的滑模干扰观测器能够有效地对干扰进行估计和抵消，使机械臂系统保持了较好的控制性能。
5.结论
本文提出了一种基于滑模干扰观测器的机械臂终端滑模控制方法。该方法通过引入滑模干扰观测器，实现了对非线性干扰的在线估计和抵消，从而提高了机械臂系统的鲁棒性和控制精度。本文通过仿真实验证明了该方法的有效性和优越性。未来，我们将进一步完善该方法，并在实际机械臂系统上进行验证。
参考文献：
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[3]LaiX,LiuY,CuiQ,etal.Slidingmodecontrolofrobotmanipulatorwithactuatordynamicsandapplicationtoarobotizedanklerehabilitationsystem[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2020,67(9):7403-7413.