具有抖振抑制特性的机械臂快速滑模变结构控制

机械臂是一个十分复杂的多输入多输出非线性系统，具有时变、强耦合和非线性的动力学特性。传统的控制方法由于鲁棒性不强、控制精确度偏低等原因难以对机械臂进行有效的控制。滑模变结构控制作为常用的鲁棒控制方法，对系统参数摄动和外部干扰的鲁棒性非常强，且结构简单、响应快速，已被广泛地应用于机械臂的控制中心。

要提高滑模变结构控制器整个控制过程的动态品质，一方面需要设计合理的滑模面，另一方面需要设计合理的趋近速度。针对传统滑模面存在的问题，文献[6]提出了一种新的指数型滑模超平面，加快了系统沿着滑模面的收敛速度。文献[7]采用积分滑模面设计切换函数，并采用自适应模糊控制方法，实现了高精度模糊自适应滑模控制。文献[8]利用滑模控制中的切换函数作为模糊系统的输入，设计了单输入模糊控制器，提高了滑模控制的跟踪速度。文献[9]设计了一种改进型的积分滑模面，用于改善系统的跟踪速度和超调量。高为炳¨。。提出了趋近律的概念，为缩短趋近过程时间以及削弱抖振提供了一个有效的方法。在此基础上，文献[11]将指数趋近律与幂次趋近律结合起来，提出了一种快速平滑趋近律。文献[12]提出了一种双幂次趋近律，在提高趋近速度的同时，也削弱了系统存在的抖振。

本文从滑模变结构控制器设计的两个方面人手，对机械臂新型滑模控制律进行了设计。首先根据系统跟踪误差的大小，提出一种分段的非线性快速滑模面设计方法，并对其性能进行了验证与分析。此外，针对幂次趋近律中趋近过程时间较长的问题，采用模糊理论设计了一种基于幂次趋近律的新型趋近律，在提高系统趋近速度的同时，保证了系统的抖振抑制效果。最后，根据新型滑模面和趋近律设计了机械臂滑模变结构控制律并对其进行了仿真实验，验证了该方法的控制效果。

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