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        融合自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃與滑模控制的機(jī)械臂非奇異終端最優(yōu)軌跡跟蹤控制
        
		
        
		
        《Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation》：Non-singular Optimal Terminal Sliding Mode Trajectory Tracking Control for Robotic Manipulators via Adaptive Dynamic Programming
        
        
        
            
            【字體：
            大 
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            】
            
            時(shí)間：2026年02月23日
            來(lái)源：Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 3.8
        
        
        
        
        
        
        	
        
            	
        編輯推薦：
        
                
        
                　　本文提出了一種面向機(jī)械臂軌跡跟蹤控制的新方案，巧妙地將非奇異終端滑模控制（NTSMC）與自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃（ADP）結(jié)合。該方法創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了固定時(shí)間干擾觀測(cè)器（FTDO）以快速估計(jì)擾動(dòng)，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的非奇異固定時(shí)間終端滑模面，并通過ADP優(yōu)化趨近律，顯著提升了系統(tǒng)在復(fù)雜不確定條件下的魯棒性、快速跟蹤能力和控制效率。
                
        
				
        
					
        
				
        
            
        
            
			
        
        
        
        
        　　
        Highlight
        

        本研究的核心亮點(diǎn)在于，提出了一種集成自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃（ADP）與非奇異終端滑模控制（NTSMC）的創(chuàng)新策略，用于解決機(jī)械臂在復(fù)雜不確定性下的最優(yōu)軌跡跟蹤難題。具體貢獻(xiàn)如下：
        

        • •
          (1) 我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型固定時(shí)間干擾觀測(cè)器（FTDO），它能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)不確定性的快速估計(jì)。與現(xiàn)有方法 [34], [35] 相比，該觀測(cè)器既不需要系統(tǒng)狀態(tài)的二階導(dǎo)數(shù)，也不引入不連續(xù)項(xiàng)，從而確保了輸出的連續(xù)性并增強(qiáng)了實(shí)際應(yīng)用潛力。
          

        • •
          (2) 基于反正切（arctan）和雙曲正切（tanh）函數(shù)，我們?yōu)闄C(jī)械臂系統(tǒng)構(gòu)建了一種新穎的非奇異固定時(shí)間滑模面。所提出的結(jié)構(gòu)不僅保持了實(shí)現(xiàn)上的簡(jiǎn)便性，還能加速關(guān)節(jié)跟蹤誤差的收斂。
          

        • •
          (3) 所提出的方案成功地將固定時(shí)間滑模面與ADP集成，從而創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)實(shí)施者友好的控制器，在避免過多參數(shù)調(diào)整的同時(shí)，保持了快速收斂的特性。
          

        Non-singular optimal terminal sliding mode controller design for robotic manipulators（針對(duì)機(jī)械臂的非奇異最優(yōu)終端滑模控制器設(shè)計(jì)）
        

        本節(jié)為機(jī)械臂提出了一種非奇異最優(yōu)終端滑模控制策略。首先，設(shè)計(jì)了一個(gè)FTDO以便快速估計(jì)系統(tǒng)不確定性。接下來(lái)，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)潔的非奇異固定時(shí)間終端滑模面，在降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的同時(shí)確保優(yōu)越的跟蹤性能，并保證系統(tǒng)狀態(tài)在滑模面上的固定時(shí)間收斂。最后，集成ADP來(lái)構(gòu)建切換控制器。
        

        Simulation studies（仿真研究）
        

        為驗(yàn)證所提方法的有效性，在一個(gè)如圖1所示的雙連桿機(jī)械臂模型上進(jìn)行了仿真研究。
        

        根據(jù)[36]，機(jī)械臂的慣性矩陣Mr、科里奧利矩陣Cr和重力向量Gr的名義表達(dá)式如下：
        

        Mr= [m11m12; m21m22]， Cr= [c11c12; c21c22]， Gr= [g1; g2]
        

        其中 m11= (m1+ m2)L12+ m2L22+ 2m2L1L2cos(θ2) + J1， m12= m21= m2L22+ m2L1L2cos(θ2)， m22= m2L22+ J2， c11= -m2L1L2sin(θ2)θ?2， c12= -m2L1L2sin(θ2)(θ?1+ θ?2)， c21=
        

        Conclusion（結(jié)論）
        

        本文提出了一種集成了自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃（ADP）的新型非奇異優(yōu)化終端滑模控制方案，用于應(yīng)對(duì)具有復(fù)雜不確定性的機(jī)械臂。所提出的方法系統(tǒng)性地結(jié)合了用于快速不確定性估計(jì)的固定時(shí)間干擾觀測(cè)器（FTDO）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的非奇異固定時(shí)間終端滑模面，以及一個(gè)基于ADP的切換控制器，該控制器在優(yōu)化控制的同時(shí)確保了滑模面的可達(dá)性。
        
        
        
		
        
        
        	
          
        		
        	
        
        
        

		
        
		
        

        
        
        	
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