Passive fault-tolerant control design for robotic arm using robust fractional order sliding mode controller

科学家开发出基于鲁棒分数阶滑模控制器的机器人手臂被动容错控制设计

巴基斯坦国立计算机与新兴科学大学Arslan Ahmed Amin团队开发出基于鲁棒分数阶滑模控制器的机器人手臂被动容错控制设计。相关论文于2026年6月发表在国际学术期刊《机械工程进展》上。

研究人员针对PUMA560机器人机械臂的精确轨迹跟踪问题，设计并评估了一种分数阶滑模控制器（Fractional-Order Sliding Mode Controller, FOSMC）。所提出的控制策略基于降阶的三自由度（3-DOF）模型进行验证，仅考虑前三个关节。

首先在参考模型上实现传统滑模控制（SMC），以建立性能基线。尽管SMC具有较强鲁棒性，但由于其高频切换特性，会产生抖振，并导致轨迹跟踪精度下降。为克服这些问题，研究人员引入分数阶滑动流形，从而增强系统动态响应能力并改善控制平滑性。

为了提高对时变扰动和非线性不确定性的鲁棒性，研究人员所提出的FOSMC设计进一步结合了分数阶微分滤波、等效控制补偿以及基于饱和函数的切换控制策略。

实验结果表明，在存在额外扰动与执行器故障的情况下，FOSMC相较传统方法表现出更优的控制性能。研究结果表明，分数阶控制方法能够有效提升机器人机械臂的高精度控制能力与故障抑制能力。

据了解，提高机械臂机器人的技术自主性、可控性和智能化水平，有助于企业满足日益增长的生产需求。在机械臂系统中，对容错控制（FTC）研究的需求正日益受到重视。

Advances in Mechanical Engineering

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