パンタグラフロボット向け高速積分終端同期スライディングモード制御

科学分野:

• ロボット工学と制御システム
• メカトロニクス工学
• 応用数学

背景:

• パンタグラフロボット（PR）は、同期した動きのために精密な制御が必要です。
• 既存の制御方法は、高速収束と外乱に対するロバスト性に課題がある場合があります。

研究 の 目的:

• 2自由度PR用の新しい高速積分終端同期スライディングモード制御（FITSSMC）を提案します。
• PRサーボモーターの位置追従誤差の高速同期収束を保証します。
• 不確かさと外乱に対するロバスト性を向上させます。

主な方法:

• 逆運動学/順運動学とサーボモーターダイナミクスを用いたPRの数学的モデリング。
• 正規化符号関数（NNSF）と指数区分関数を利用したFITSSMCの開発。
• 測定不可能な状態推定のための2つの有限時間状態オブザーバー（FTSO）の設計。
• 同期および有限時間安定性を証明するためのリアプノフ安定性解析。

主要な成果:

• FITSSMCは、両方のモーターの位置追従誤差の高速同期収束を実現します。
• 積分項は、特異点の回避と強力なロバスト性を保証します。
• 有限時間状態オブザーバーは、測定不可能な状態を効果的に推定します。
• 比較シミュレーションと実験により、追従精度と収束速度における優れた性能が検証されています。

結論:

• 提案されたFITSSMCは、PRの位置追従誤差を効果的に最小化します。
• この制御方式は、特に不確かさがある場合に、既存の方法と比較して優れた性能を示します。
• この研究は、パンタグラフロボットアプリケーションのためのロバストで効率的な制御戦略に貢献します。