移动焊接机器人的滑模控制(3)
1.1 [5]
。目前，国内外的科研工作者们都很重视机械手的发展，我国虽起步较晚，但已
能看出机械手在生产制造中的巨大优势，因此发展前景很大。现阶段，我国在大规模
工业化生产中使用的主要自动焊接设备大致可分为两大类，其中一类为适用于流水工
作线的通用型弧焊机器人，结构分为驱动系统、控制系统和机械系统等；另一类是受
控于单片机或微型计算机的自动焊机，结构分为焊接机头、行走环形导轨和控制系统
等。开发研究性能更加优越的焊接机器人有着这样的目标追求：首先需要保证完全达
到焊接所要的效果和对精度的要求，然后在此基础上精益求精，力求适当地对机械臂
以及控制系统结构进行精简。随着贸易全球化与经济不断发展，我国从制造业大国努
力向制造业强国发展，这就要求科研工作者们抓住机遇，刻苦钻研，开发出更好的新
产品以应用于生产中。
1.4 滑模控制基本概念
滑模控制（变结构控制）自五十多年前出现以来，已发展成为一种普遍应用于各
种系统的自动控制方法。滑模控制适用于各种控制系统，如线性系统、非线性系统、集中控制、分散控制、连续系统、离散系统、确定性和不确定性系统等。决定着这种
控制方法与普通控制方法的相异之处在于对系统的控制不是连续的，系统被分成了很
多个系统分支。这意着伴随时间的变化，其能使系统结构发生改变。该控制策略利
用切换控制量的方法，使得系统状态按照特定的性质沿着期望轨迹，在期望轨迹上下
作幅度很小、频率很高的运动，即“滑模运动”[6]
。该控制策略的一个很重要的不足点
是容易产生“抖振”现象：当系统状态轨迹运动到滑模面的时候，将会在滑模面上下两
侧来回穿梭运动，而几乎不可能如理想中一般沿着滑模面滑向平衡点，因此便产生了振颤。
滑模控制作为非线性系统的一个非常重要的控制方法，近年来得到了深入的研究，
其研究分支很多，其中有针对削弱抖振展开的研究，针对离散系统、不匹配不确定性
系统、时滞系统、非线性系统的滑模控制，还有 Terminal 滑模控制、全鲁棒滑模控制
等。使用滑模控制策略进行控制的系统具有很强的稳定性，且该控制策略在设计时可
满足特定系统的需要，即使系统的参数发生变化或者外界对系统有干扰，都与它无关。
由此可见，滑模控制有很强的鲁棒性，因此得以广泛应用于机器人控制领域。
由于滑模控制容易产生抖振的不足之处，不能将它直接用在对于精度有较高要求
的伺服系统中。如果想要将其应用于实际伺服系统中并且发挥它强鲁棒性的优势，那
么改进传统的滑模控制乃是大势所趋。显然，在滑模控制的实际应用中，得以实现理
想的系统控制状态（即不存在时间和空间上的滞后、测量不产生误差等）是几乎不可
能的，抖振是必然存在的；更重要的是，若抖振完全消失，则滑模控制的抗扰性也就
随之消失了。综上所述，消除抖振是不实际的，只能将抖振减弱到一定的范围之内。
所以，改进传统滑模控制、削弱抖振成为滑模控制研究的重点，需围绕抖振问题探索
出行之有效的解决方案，在确保滑模控制不变性的前提之下，力求削弱抖振至可以接
受的程度范围之内。为了解决削弱抖振的问题，世界各国的科研工作者们从不同的角
度出发，研究出了很多种方法，如准模态滑动方法、趋近律方法、滤波方法、动态滑
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