Fast Finite-Time Sliding Mode Control for Chattering-Free Trajectory Tracking of Robotic Manipulators

要約

ロボットアームでの正確で効率的な軌道追跡を実現することは、システムの不確実性と従来のスライドモード制御（SMC）におけるチャタリング効果のために、依然として重要な課題です。
このホワイトペーパーでは、3度フリードーム（3-DOF）ロボットアームのチャタリングフリーファーストターミナルスライディングモードコントロール（FTSMC）戦略を紹介します。
制御フレームワークは、Newton-Euler Dynamicsを使用して開発され、その後、システムの角度の位置と速度をキャプチャする状態空間表現が続きます。
改善されたスライド面とリアプノフベースの安定性分析を組み込むことにより、提案されたFTSMCは、速い応答や強い妨害拒絶など、SMCの利点を維持しながら、チャタリングを効果的に軽減します。
コントローラーのパフォーマンスは、従来のPDスライディングモード制御（PDSMC）および端子スライディングモード制御（TSMC）との比較を通じて厳密に評価されます。
シミュレーション結果は、提案されたアプローチが、既存の方法と比較して優れた軌道追跡パフォーマンス、より速い収束、および安定性の強化を達成し、高精度ロボットアプリケーションの有望なソリューションであることを示しています。

要約(オリジナル)

Achieving precise and efficient trajectory tracking in robotic arms remains a key challenge due to system uncertainties and chattering effects in conventional sliding mode control (SMC). This paper presents a chattering-free fast terminal sliding mode control (FTSMC) strategy for a three-degree-of-freedom (3-DOF) robotic arm, designed to enhance tracking accuracy and robustness while ensuring finite-time convergence. The control framework is developed using Newton-Euler dynamics, followed by a state-space representation that captures the system’s angular position and velocity. By incorporating an improved sliding surface and a Lyapunov-based stability analysis, the proposed FTSMC effectively mitigates chattering while preserving the advantages of SMC, such as fast response and strong disturbance rejection. The controller’s performance is rigorously evaluated through comparisons with conventional PD sliding mode control (PDSMC) and terminal sliding mode control (TSMC). Simulation results demonstrate that the proposed approach achieves superior trajectory tracking performance, faster convergence, and enhanced stability compared to existing methods, making it a promising solution for high-precision robotic applications.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google