基于降阶观测器与多控制策略的平面机械臂鲁棒控制方法研究

《Eng》：Robust Control and Estimation Framework for Parallel Manipulators: A Comparative Study of Super-Twisting and Fractional-Order PID Strategies

　　摘要本研究探讨了工作空间有限、非线性、快动力学、高精度平面机械臂的鲁棒控制问题。从基于欧拉-拉格朗日动力学构建的数学模型出发，考虑到物理系统的局限性，所提出的方法承认某些状态无法直接测量，且系统受到外部扰动的影响。因此，提出了一种降阶状态观测器和一种具有时变增益的估计器。在控制阶段利用这些估计值，综合设计了四种控制律。其中两种源自超螺旋控制理论（STC），第三种是整数阶PID（IOPID）控制器，第四种基于分数阶PID（FOPID）方法并结合优化调参。前三种策略需要系统数学模型的精确信息。所有所考虑的控制策略均针对外部扰动进行处理，以确保系统的鲁棒性。进行了多项测试以验证整体估计与控制方案的有效性。根据机械臂末端的动态演化过程以及所分析的性能指标，数值结果表明，所有提出的控制器都能为鲁棒跟踪问题提供合适的解决方案。