控制理论与应用

作者：陈鹏冲,霍本岩,刘艳红,罗映

单位：郑州大学 电气与信息工程学院,郑州大学 电气与信息工程学院,郑州大学 电气与信息工程学院,华南理工大学 自动化科学与工程学院

关键词：连续体机械臂; 扩张状态观测器; 分数阶滑模控制; 模型不确定性; 外部干扰

基金：国家自然科学基金项目(62403436, 62103376), 广州市基础与应用基础研究项目(SL2024A04J01360), 广东省自然科学基金面上项目(2025A15150 11689), 博士后面上项目(2023M743182), 河南省高等学校重点科研项目(24A413008), 中原科技创新领军人才项目(254000510010)资助.

连续体机械臂在非结构化环境中具有广泛的应用前景, 但由于其动力学模型存在强非线性、模型不确定和外部干扰等, 现有控制算法抗扰性能有限. 本文提出了一种基于扩张状态观测器的分数阶滑模控制策略, 用于连续体机械臂的末端轨迹跟踪. 该控制器基于连续体机械臂动力学模型设计, 由3个部分组成: 第1部分是非线性动态反馈线性化; 第2部分设计了扩张状态观测器, 用于估计和补偿外部干扰和模型不确定性; 第3部分设计了分数阶滑模控制器以实现闭环控制, 进一步给出了扩张状态观测器和闭环系统的稳定性证明. 通过对比不同控制策略对给定阶跃角度、正弦角度和圆轨迹的跟踪效果, 验证了所提出的控制策略在轨迹跟踪和外部干扰与模型不确定性扰动抑制方面优于其他典型优化控制器, 这对连续体机械臂的精确控制提供了切实可行的解决方案.

来源：2025年第6期

《控制理论与应用》期刊编辑部

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