Robust trajectory tracking of a 3-DOF robotic arm using a Super-Twisting Fast finite time Non-singular Terminal Sliding Mode Control in the presence of perturbations

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作者
Mousa Alizadeh,Mohammad Hossein Samaei,Mahdi Vahid Estakhri,Hamidreza Momeni,Mohammad Taghi Hamidi Beheshti
出处
期刊:Proceedings Of The Institution Of Mechanical Engineers, Part I: Journal Of Systems And Control Engineering [SAGE]
卷期号:238 (7): 1285-1295 被引量:3
标识
DOI:10.1177/09596518241229741
摘要

Extensive research has focused on enhancing the efficiency and stability of robotic arms. Sliding mode control (SMC) is commonly used in industrial robots due to its robustness and simplicity. However, SMC approaches have challenges such as chattering and slow convergence rates which can compromise tracking accuracy. To address these issues, this paper proposes a novel Super-Twisting Fast Non-singular Terminal Sliding Mode Control (ST-FNTSMC) strategy for a 3-DOF arm robot. The proposed approach significantly improves trajectory tracking accuracy, robustness, and convergence time and eliminates chattering. The proposed controller was tested in the presence of model mismatches and external disturbances. The super-twisting methodology avoided chattering effects and increased robustness against perturbations. Two Lyapunov functions ensure closed system stability and finite-time convergence. The designed ST-FNTSMC controller is implemented in real-time using a Smart Man Robot manipulator. Its performance is compared to other sliding mode controllers, such as conventional PID Sliding Mode Control (PID-SMC), Non-singular Terminal Sliding Mode Control (NTSMC), and Fast Non-singular Terminal Sliding Mode Control (FNTSMC). Experimental results demonstrate the superior performance of the proposed controller, highlighting its effectiveness in improving the efficiency and stability of industrial robots.

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