面向两自由度机械臂的混合积分滑模有限时间控制椭圆轨迹跟踪策略

《Automation》：Hybrid ISMC–FTC Design with PSO Tuning for Finite-Time Stabilization of a 2-DOF Robotic Manipulator

　　本文针对两自由度（2DOF）机器人机械臂提出了一种混合积分滑模与有限时间控制（ISMC–FTC）策略，以实现有限时间稳定性和高精度椭圆轨迹跟踪。为确保实际部署的可行性，该控制器明确施加了执行器饱和限制、关节运动学约束、工作空间约束以及预设稳定时间要求。采用粒子群优化（PSO）来调整FTC参数，在确保满足所有约束的前提下最小化收敛时间。通过将ISMC固有的抗匹配扰动鲁棒性与PSO优化的FTC相结合，该方案消除了到达阶段，并确保了快速的有限时间收敛。仿真结果表明，所提出的方法显著减少了两个关节的稳定时间，保持了极低的跟踪误差，并通过明确的饱和限制和滑模面不变性，在有限扰动和模型不确定性下强制执行所有物理约束。这些结果验证了该框架的有效性，并突出了其在需要保证有限时间性能的关乎安全的高精度机器人应用中的潜力。在同时存在扰动和不确定性的情况下，进一步验证了系统的鲁棒性，控制器保持稳定性能并始终满足所需的鲁棒稳定性条件。