设计了一款面向旋翼飞行器的轻量化绳驱动机械臂。为了更好地控制该机械臂,基于时延估计技术,设计了一款非奇异终端滑模关节运动控制器,加入自适应模块以提高控制器在滑模面附近的收敛速度。基于李雅普诺夫理论,证明了闭环控制系统的全局稳定性和误差收敛性。对绳驱动机械臂进行运动控制仿真对比实验,结果表明,在相同条件下所设计的控制器比传统的非奇异终端滑模控制器和线性滑模控制器有着更好的收敛性、鲁棒性。

针对串联型机械臂关节空间内的轨迹跟踪控制,提出了一种自适应鲁棒容错控制方法。在机械臂动力学模型中加入了外界干扰、关节摩擦与故障模型,并将其等价成二阶被控系统。在此基础上,结合非奇异快速终端滑模面和反步法控制策略,设计一种新型的反步非奇异快速终端滑模控制器。通过李亚普诺夫准则验证了控制策略的全局渐近稳定性;引入自适应技术估计系统不确定性的上界,提高控制器的鲁棒性。以二自由度机械臂为被控对象,对所设计控制器的有效性进行了验证,结果表明:与传统的非奇异快速终端滑模控制器及反步非奇异快速终端滑模控制器相比,该控制器具有响应速度快、鲁棒性强、抖振小的优点,能有效应对系统故障和实现机械臂的高精度轨迹跟踪控制。

针对工业机器人在关节空间内轨迹跟踪精度差和易受集总干扰影响等问题,提出一种基于非线性扰动观测器的快速连续非奇异终端滑模控制策略。根据拉格朗日方程推导出四轴工业机器人的动力学模型,获得系统的输入输出关系。引入非线性扰动观测器对集总干扰进行估计与补偿,设计快速连续非奇异终端滑模控制器来加快系统状态量的收敛速率,提高关节空间内轨迹跟踪的精度。由李雅普诺夫稳定性理论证明了此控制器的全局稳定性。通过仿真案例与试验研究验证了所设计控制策略的有效性,结果表明:该控制器能有效抑制集总干扰影响,保证工业机器人轨迹跟踪的精度,具有一定的工程参考价值。

针对阀控缸系统稳态跟踪误差的收敛时间均为非有限时间内收敛到0的问题,提出了一种终端滑模控制方法。解决了液压系统非有限时间收敛问题,使得跟踪误差在有限时间内收敛到0。首先,运用终端滑模控制方法通过构造终端函数方式引入非线性项,设计终端滑模面来保证系统的全局鲁棒性和稳定性;其次,基于Lyapunov稳定性理论设计终端滑模控制器,保证位置跟踪误差在有限时间内收敛到0并验证其稳定性;最后,利用阀控缸系统模型以正弦信号及其衍生信号为参考信号对控制策略进行Simulink仿真,表明了终端滑模控制方法的可行性与有效性。