机械系统中的自适应滑模控制技术研究
机械臂自适应非奇异快速终端滑模控制
电光与控制Electronics Optics&Control Vol.28No.5 May2021第28卷第5期2021年5月引用格式:徐宝珍,宋公飞，王超，等•机械臂自适应非奇异快速终端滑模控制[J]•电光与控制,2021,28(5)：46-50.XU B Z,SONG G F,WANG C,et al.Adaptive non-singular fast terminal sliding mode control of manipulator[J].Electronics Optics&Control,2021,28(5)：46-50.机械臂自适应非奇异快速终端滑模控制徐宝珍1,宋公飞33,王超1,曹广旭"(1.南京信息工程大学自动化学院，南京210044；2.化工a程先进控制和优化技术教育部重点实验室，上海200237；3.江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，南京210044；4.中国电子科技集团公司第二十八研究所，南京210044)摘要：针对刚性机械臂有限时间鲁棒控制问题,提出了一种新的自适应非奇异快速终端滑模控制方法。
该方法将非奇异快速终端滑模控制与自适应律相结合，使用非奇异快速终端滑模面加快机械臂轨迹跟踪误差的收敛速度，解决了终端滑模中的奇异问题;通过双曲正切函数代替符号函数减小控制输入的抖振;利用自适应律对未知的外部扰动和系统的不确定性进行估计，实现了在集总扰动未知情况下的轨迹跟踪。
构造Lyapunov函数，证明机械臂系统能够在有限时间内稳定收敛。
最后二自由度机械臂仿真实验结果验证了所设计控制器的有效性和鲁棒性。
关键词：终端滑模控制；机械臂；轨迹跟踪；自适应律；有限时间收敛中图分类号：TP242文献标志码：A doi:10.3969/j.issn.1671-637X.2021.05.011Adaptive Non-或ngular Fast Terminal Sliding ModeControl of ManipulatorXU Baozhen1,SONG Gongfei1'2,3,WANG Chao1,CAO Guangxu4(1.School of Automation,Nanjing University of Information Science&Technology,Nanjing210044,China;2.Key Laboratory of Advanced Control and Optimization for Chemical Processes,Shanghai200237,China；3.Collaborative Innovation Center of Atmospheric Environment and Equipment Technology,Nanjing210044,China;4.The28th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Nanjing210044,China)Abstract:For the finite-time robust control of a rigid robot manipulator,a new adaptive non-singular fast terminal sliding mode control method is proposed.This method combines non-singular fast terminal sliding mode control with adaptive law.Firstly,the non-singular fast terminal sliding surface is selected,which is used to accelerate the convergence rate of trajectory tracking error of manipulator and solve singular problems in terminal sliding surface.Then,hyperbolic tangent function replaces sign function to reduce chaHeiing of control input.Moreover,the adaptive law estimates the unknown external disturbance and uncertainties,so as to achieve trajectory tracking with unknown lumped disturbance・It is proved that the robot manipulator system can converge stably in finite time by establishing the Lyapunov function.Finally, the simulation results of a two-DOF robot manipulator are presented to illustrate the effectiveness and robustness of the proposed control method.Key words:terminal sliding mode control；robot manipulator；trajectory tracking；adaptive law；finitetime convergence0引言随着材料、电子和机械工业的快速发展,高性能机收稿日期：2020-11-06修回日期：2021-04-26基金项目：国家自然科学基金面上项目(61973170)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2020ACOCP02)作者简介:徐宝珍(1997-),女，江西宜春人，硕士生，研究方向为机器人轨迹跟踪控制。
双缸同步运动自适应积分滑模控制仿真研究
文章标题：深度探讨双缸同步运动自适应积分滑模控制仿真研究一、引言在工业自动化领域，双缸同步运动自适应积分滑模控制是一种重要的控制技术。
本文将对这一控制方法进行深入探讨，通过仿真研究的方式来了解其原理和应用。
二、双缸同步运动的基本原理和意义1. 双缸同步运动的定义和背景双缸同步运动是指两个液压缸或气动缸同时运动以实现某种工作的过程。
这种运动需要精准的控制以保证工作的稳定性和高效性。
2. 双缸同步运动的意义双缸同步运动在工业生产中应用广泛，例如在注塑机、冲床和液压机械等设备中都需要实现双缸的同步运动。
控制双缸同步运动的方法对于提高设备的工作效率和产品质量具有重要意义。
三、自适应积分滑模控制的基本概念1. 自适应积分滑模控制的定义自适应积分滑模控制是一种在滑模控制基础上引入积分项的控制方法，通过实时调整积分项的系数以适应系统动态变化，从而提高系统的鲁棒性和控制精度。
2. 自适应积分滑模控制的原理自适应积分滑模控制将滑模控制与积分控制相结合，通过滑模面的设计和积分项的调整来实现对系统的精准控制。
四、双缸同步运动自适应积分滑模控制的仿真研究1. 研究目的和方法本文将通过Matlab/Simulink软件进行双缸同步运动自适应积分滑模控制的仿真研究，分析控制系统在不同工况下的性能表现。
2. 仿真结果分析通过仿真实验，观察双缸同步运动自适应积分滑模控制的动态响应和稳态性能，分析系统的鲁棒性和控制精度。
3. 结果讨论与总结根据仿真结果，讨论双缸同步运动自适应积分滑模控制在工业应用中的潜在优势和局限性，在总结中提出改进控制算法和系统结构的建议。
五、个人观点与理解在本文的研究中，我个人认为双缸同步运动自适应积分滑模控制是一种非常有效的控制方法，它能够克服双缸运动过程中的非线性和不确定性因素，提高系统的鲁棒性和控制精度。
然而，也需要注意到在实际工程应用中，算法的复杂性和参数的调整可能会带来一定的挑战，需要进一步细化和改进。
基于自适应滑模控制的步进电机精确位置控制
基于自适应滑模控制的步进电机精确位置控制步进电机是一种用于控制机械运动的设备，它的优点在于能够精确控制运动位置。
在实际应用中，为了能够更准确地控制步进电机的位置，需要使用一种高级的控制算法。
自适应滑模控制是一种常用的先进控制方法，能够在系统参数发生变化或外部扰动存在的情况下，仍然能够稳定、准确地控制步进电机的位置。
自适应滑模控制算法基于滑模控制理论和自适应控制理论，在步进电机精确位置控制方面具有较高的应用价值。
该方法能够通过实时测量步进电机的位置误差，并根据误差的大小及方向对系统进行调节，从而实现精确的位置控制。
自适应滑模控制算法具有较强的适应性和鲁棒性，能够有效克服非线性、时变等系统特性带来的影响，提高步进电机的控制精度。
自适应滑模控制算法的基本原理是：首先，通过测量步进电机的位置误差来确定系统的滑模面。
在确定滑模面后，根据滑模面的信息，设计自适应控制规律，通过控制输入信号的调节，使系统状态逐渐趋向于滑模面。
当系统状态达到滑模面时，即实现了所需的位置控制。
在实际应用中，为了提高系统对外界扰动的适应能力，通常还会加入自适应修正项，用于动态调整控制输入信号。
自适应滑模控制算法在步进电机精确位置控制方面的应用可以从以下几个方面进行展开：1. 系统建模与参数估计：在应用自适应滑模控制算法之前，需要先对步进电机系统进行建模，并估计系统的参数。
通过系统建模和参数估计，可以获取系统的状态方程和参数信息，为后续的控制器设计提供基础。
2. 滑模面设计：滑模面的设计是自适应滑模控制算法中的重要环节。
根据步进电机的控制要求和系统特性，合理地选择滑模面的形式和参数，对控制算法的稳定性和精度具有重要影响。
在滑模面设计中，通常需要考虑系统的非线性特性、外部扰动等因素，以求得更好的控制效果。
3. 控制器设计：自适应滑模控制算法需要设计相应的控制器来实现系统状态的调节。
根据步进电机系统的特点和滑模面的选择，可以设计合适的控制器结构和参数。
自适应控制方法
自适应控制方法引言自适应控制方法是一种应用于控制系统中的技术，旨在使控制系统能够根据外部环境和内部变化自动调整控制策略，以实现系统的稳定性和性能优化。
本文将介绍自适应控制方法的基本原理和常见应用领域，以及其在实际工程中的应用案例。
一、自适应控制方法的基本原理自适应控制方法主要基于系统模型的参数自适应估计和控制器参数的自适应调整。
其基本原理是利用系统的输入和输出数据进行在线辨识和参数估计，然后根据估计结果进行控制器参数的自适应调整，从而实现对系统动态特性的自适应补偿。
自适应控制方法通常包括模型参考自适应控制、模型预测控制和自适应滑模控制等。
二、自适应控制方法的应用领域1. 机器人控制自适应控制方法在机器人控制中得到广泛应用。
例如，在机器人路径规划和轨迹跟踪中，自适应控制方法可以根据环境变化和任务需求，自动调整控制器参数，使机器人能够适应不同的工作环境和工作任务。
2. 智能交通系统自适应控制方法在智能交通系统中也有着重要的应用。
例如，在交通信号控制中，自适应控制方法可以根据交通流量和路况变化，自动调整信号灯的时长和相位，以实现交通流畅和效率最大化。
3. 航空航天领域自适应控制方法在航空航天领域中具有重要的应用价值。
例如，在航空飞行控制中，自适应控制方法可以根据飞行器的动态特性和飞行环境的变化，自动调整飞行控制器的参数，以实现飞行器的稳定性和飞行性能的优化。
4. 工业自动化自适应控制方法在工业自动化领域中也得到了广泛应用。
例如，在工业生产过程中，自适应控制方法可以根据生产工艺和原材料的变化，自动调整控制器的参数，以实现生产过程的稳定性和产品质量的优化。
三、自适应控制方法的应用案例1. 汽车自适应巡航系统汽车自适应巡航系统是一种基于自适应控制方法的智能驾驶辅助系统。
该系统可以根据车辆和前方车辆的相对速度和距离，自动调整车辆的巡航速度和间距，以实现安全驾驶和驾驶舒适性的平衡。
2. 电力系统自适应稳定控制电力系统自适应稳定控制是一种基于自适应控制方法的电力系统稳定控制技术。
一类欠驱动系统的滑模控制研究的开题报告
一类欠驱动系统的滑模控制研究的开题报告一、研究背景欠驱动系统是一类机械系统，在控制上存在一些特殊的挑战。
这类系统是指机械系统的输出可以高于输入，但不能完全控制所有的自由度。
在过去的几十年中，人们已经对欠驱动系统的研究做出了许多贡献，并开发了各种控制技术。
其中，滑模控制是一种常见的控制方法，具有很多优点，例如具有强鲁棒性，可适应各种不确定性、干扰和时变等噪声。
二、研究内容本文将研究欠驱动系统的滑模控制方法。
我们的目标是探索一种高效且具有较好性能的滑模控制策略，以实现对欠驱动系统的精确控制。
我们将选择一些具有代表性的欠驱动系统进行研究，例如摆、滚球、单轮车等。
首先，我们将对欠驱动系统的动力学进行分析，建立系统数学模型。
然后，我们将研究滑模控制方法的原理和基本算法，以了解滑模控制如何运作以及应用于欠驱动系统的过程。
在此基础上，我们将讨论将滑模控制应用于欠驱动系统的方法，研究控制参数的选择以及控制策略的优化，以达到最佳控制效果。
三、预期成果本文的预期成果如下：1.对欠驱动系统的动力学进行分析，建立系统数学模型。
2.研究滑模控制方法的原理和基本算法。
3.将滑模控制应用于欠驱动系统，研究控制参数的选择和控制策略的优化。
4.使用仿真实验验证所提出的滑模控制方法的有效性和性能。
四、研究意义欠驱动系统广泛应用于机械系统、机器人和车辆等领域，并且日益受到人们的关注。
在这些应用中，要求对欠驱动系统进行精确控制，以达到一定的性能要求。
通过探索滑模控制方法在欠驱动系统中的应用，可以提高控制精度和稳定性，在实际应用中具有较大的意义。
五、研究方法本文采用文献研究法和实验仿真方法，主要研究方法如下：1.查阅文献资料，了解欠驱动系统和滑模控制的基本概念、原理和算法。
2.分析欠驱动系统的动力学，建立系统数学模型。
3.研究滑模控制方法，设计滑模控制器。
4.在Simulink环境下进行仿真实验，验证所提出的滑模控制方法的有效性和性能。
滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究共3篇
滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究共3篇滑模变结构控制理论及其在机器人中的应用研究1滑模变结构控制（Sliding Mode Control，SMC）是一种非线性控制方法，具有高精度、强适应性、鲁棒性好等优点，因此被广泛应用于机器人控制领域。
其基本思想是构造一个滑模面，使系统状态到达该面后就会保持在该面上运动，在保证系统稳定性的同时达到控制目的。
本文将阐述滑模变结构控制的理论基础以及在机器人控制中的应用研究。
一、滑模变结构控制的理论基础1. 滑模面滑模面是滑模控制的核心概念，它是一个虚拟平面，将控制系统的状态分为两个区域：滑模面上和滑模面下。
在滑模面上，系统状态变化很小，具有惯性；而在滑模面下，系统状态变化很大，具有灵敏性。
在滑模控制中，系统状态必须追踪滑模面运动，并保持在滑模面上，进而实现控制目的。
2. 滑模控制定律滑模控制定律是滑模变结构控制的核心之一，主要由滑模控制器和滑模面组成。
滑模控制器将系统状态误差与滑模面上的虚拟控制输入之间做差，生成实际控制输入。
而滑模面则是根据控制目的和系统性质，通过手动选择滑模面的形状和大小来合理地设计。
例如，对于已知模型的系统，可使用小扰动理论来设计滑模面；而对于未知模型的系统，可使用自适应滑模控制来自动调节滑模面。
总体来说，滑模控制定律是一种强鲁棒控制方法，在快速响应、鲁棒性和适应性等方面都表现出色。
3. 滑模变结构控制滑模变结构控制是将滑模控制定律与变结构控制相结合形成的一种新型控制方法。
在滑模变结构控制中，滑模面被用来描述整个系统状态，而滑模控制定律则用来保证系统状态追踪滑模面的过程中，系统特征不会发生大的变化。
换句话说，滑模控制定律的目的是在系统状态到达滑模面后，控制系统能够迅速且平稳地滑过该面，进而保持在滑模面上稳定运动。
二、滑模变结构控制在机器人中的应用研究滑模变结构控制广泛应用于机器人控制领域，例如：机器臂控制、移动机器人控制、人形机器人控制等。
非线性控制中的自适应滑模控制方法研究
非线性控制中的自适应滑模控制方法研究随着科学技术的不断发展，控制系统技术也得到了极大的进展，其中非线性控制方法成为了目前研究的关键领域之一。
在非线性控制中，自适应滑模控制方法是一种常用的控制方式，本文将探讨这种方法的优点和研究现状。
1. 自适应滑模控制的基本原理自适应滑模控制法是一种具有自适应性的滑模控制法，其基本思路是在滑模控制法的基础上，引入自适应调整机制，通过对系统状态和参数进行在线估计，实现对动态模式的跟踪和控制。
具体来说，在自适应滑模控制中，首先需要将系统转化为标准形式，然后构建滑模面和控制律。
但是，在控制过程中，我们无法获知实际系统的状态和参数，这时我们需要引入自适应性。
通过在线估计，我们可以得到实际系统的状态和参数，并且通过反馈调整控制律来实现对系统的控制和跟踪。
值得注意的是，自适应滑模控制可以适用于各种系统类型，包括线性和非线性系统。
因此其具有广泛的应用价值。
2. 自适应滑模控制的优点与传统滑模控制相比，自适应滑模控制方法具有以下优点：(1) 系统稳定性好：由于引入了自适应性，在系统受到干扰，参数变化等因素的影响时，可以快速地对其进行校准，从而保持其稳定性。
(2) 控制精度高：由于可以对系统状态和参数进行准确估计，在控制律的计算和调整过程中，准确度更高，因此控制精度更高。
(3) 不易受到模型误差的影响：自适应滑模控制法具有较强的适应能力，可以有效地克服系统非线性和变化等因素引起的模型误差。
综上所述，自适应滑模控制方法具有诸多优点，因此成为了非线性控制中的研究热点之一。
3. 自适应滑模控制的研究现状自适应滑模控制方法已经在众多领域得到了应用，例如电力系统、机械设备以及人工智能等领域。
不同领域的应用，使得自适应滑模控制法的研究变得更为丰富和复杂。
以下是自适应滑模控制在不同领域的研究现状：(1) 电力系统方面，自适应滑模控制被广泛地应用于电力系统稳定性控制、电力电池的控制和调度等方面。
滑模控制技术在机械臂路径跟踪的应用
滑模控制技术在机械臂路径跟踪的应用一、滑模控制技术概述滑模控制技术是一种非线性控制方法，起源于20世纪50年代，最初应用于航空领域。
它的核心思想是通过设计一个滑动面，使得系统状态能够从初始状态到达这个滑动面，并在其上滑动至目标状态。
滑模控制具有快速响应、抗干扰能力强、易于实现等优点，因此在工业自动化、机器人控制等领域得到了广泛的应用。
1.1 滑模控制技术原理滑模控制技术的基本原理是选择一个合适的滑动面，使得系统状态在该面上的动态行为满足期望的性能指标。
当系统状态达到滑动面时，控制作用会使得状态沿着滑动面滑动，直至达到期望的平衡状态。
滑模控制的关键在于滑动面的设计，它决定了系统的动态性能和稳定性。
1.2 滑模控制技术特点滑模控制技术具有以下特点：- 强鲁棒性：对系统参数变化和外部干扰具有较强的不敏感性。
- 快速性：能够快速响应系统状态的变化，实现快速跟踪。
- 易于实现：控制算法结构简单，易于在数字控制系统中实现。
- 可调整性：通过调整控制参数，可以灵活地满足不同的性能要求。
二、机械臂路径跟踪问题机械臂路径跟踪是机器人技术中的一个重要问题，它要求机械臂能够按照预定的路径精确地移动，以完成各种任务。
路径跟踪的精度直接影响到机械臂的操作性能和任务完成的质量。
2.1 机械臂路径跟踪的重要性机械臂路径跟踪的精确性对于提高生产效率、保证产品质量具有重要意义。
在自动化生产线、医疗手术、空间探索等领域，精确的路径跟踪是实现高效、安全操作的基础。
2.2 机械臂路径跟踪的挑战机械臂路径跟踪面临诸多挑战，包括：- 动力学不确定性：机械臂的动力学特性可能因负载变化、磨损等因素而发生变化。
- 外部干扰：环境因素如温度、湿度、振动等可能对机械臂的运动产生影响。
- 非线性特性：机械臂的动力学模型通常具有非线性特性，增加了控制的复杂性。
三、滑模控制在机械臂路径跟踪中的应用将滑模控制技术应用于机械臂路径跟踪，可以有效提高跟踪精度和系统稳定性。
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机械系统中的自适应滑模控制技术研究
机械系统在现代工业中扮演着至关重要的角色，其控制技术的研究和发展一直
都是一个热门的领域。
自适应滑模控制技术作为一种新兴的控制方法，为机械系统的稳定性和鲁棒性提供了有效的解决方案。
本文将对机械系统中的自适应滑模控制技术进行研究，探讨其原理、应用和发展趋势。
第一部分：自适应滑模控制原理
自适应滑模控制是一种结合了滑模控制和自适应控制的方法，旨在解决滑模控
制中的固有缺陷。
滑模控制是一种基于滑模面的控制策略，通过在滑动模式上设计控制器，在系统状态不确定或存在干扰的情况下实现稳定控制。
然而，滑模控制对系统内部和外部参数的变化极为敏感，容易导致控制性能下降。
自适应滑模控制则具备了自适应性能，可以在线调整滑模面参数，从而使系统更加鲁棒和稳定。
第二部分：机械系统中的自适应滑模控制应用
机械系统是自适应滑模控制技术的重要应用领域之一。
例如，在机械手臂控制中，自适应滑模控制可以实现对目标位置的精确控制，同时对于传感器误差和不确定性也具备一定的鲁棒性。
在机械驱动系统中，自适应滑模控制可以用于实现位置、速度和力控制，提高系统的响应速度和稳定性。
第三部分：自适应滑模控制技术的发展趋势
随着自适应滑模控制技术的逐渐成熟和应用的不断扩大，研究者们在其理论和
应用方面也不断地进行探索和创新。
未来，自适应滑模控制技术可能会在以下几个方面得到进一步的发展：
1. 控制器设计：研究者们将努力设计更加灵活和高效的自适应滑模控制器，以
应对更复杂的实际工程问题。
同时，结合深度学习和强化学习等方法，将智能化技术引入到自适应滑模控制中，提高控制器的性能。
2. 鲁棒性分析：自适应滑模控制在应对系统不确定性和干扰方面具备一定的鲁
棒性，但仍存在一些问题。
研究者们将进一步分析和优化自适应滑模控制的鲁棒性，降低系统对参数变化和干扰的敏感性。
3. 多变量系统控制：当前的自适应滑模控制方法主要适用于单变量系统，而对
于多变量系统的研究相对较少。
未来的研究方向之一是如何将自适应滑模控制扩展到多变量系统中，实现对多个系统变量的联合控制。
结论
机械系统中的自适应滑模控制技术是一项极具潜力的研究领域。
通过结合滑模
控制和自适应控制的优势，自适应滑模控制能够解决机械系统中的稳定性和鲁棒性问题。
未来的发展趋势将集中在控制器设计、鲁棒性分析和多变量系统控制等方面，以进一步提高自适应滑模控制技术的性能和应用范围。
这将为现代工业系统的控制和自动化带来更大的便利和效益。