Abstract This paper proposes an improved optimal integral sliding mode control (IOISMC) for a robust and optimal tracking control of robotic manipulators under the presence of coupling effects, parameter variations, and external disturbances. By representing the system dynamics in the error coordinate and introducing an additional optimal integral term in the nominal control part of IOISMC, the effects of unmeasured forces, reaching phase issue, chattering issue, and position offset associated with conventional optimal integral sliding mode control are significantly addressed. Hence, the proposed approach has several notable merits, namely fast recovery response, low chattering, high tracking performance, high energy efficiency, low computational complexity, and robustness against uncertainties. The idea has been proven in two ways: a strong theoretical framework using Lyapunov stability theory and extensive simulation verification. The superiority of the proposed method has been confirmed through significant reductions of chattering and energy consumption without significant performance loss. Furthermore, the proposed method is capable of sustaining high tracking performance despite the presence of the aforementioned uncertainties and eliminates the reaching phase. It is envisaged that the proposed method can be useful in designing a robust and optimal tracking control for all types of uncertain multivariate systems without compromising on the computational cost.

中文翻译：

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一种改进的不确定机器人机械臂优化积分滑模控制，减少跟踪误差、颤振和能量消耗

摘要 本文提出了一种改进的最优积分滑模控制 (IOISMC)，用于在存在耦合效应、参数变化和外部干扰的情况下对机器人机械手进行鲁棒和最优跟踪控制。通过在误差坐标中表示系统动力学并在 IOISMC 的标称控制部分引入额外的最优积分项，与传统最优积分滑模控制相关的未测量力、到达相位问题、颤振问题和位置偏移的影响显着解决。因此，所提出的方法具有几个显着的优点，即快速恢复响应、低抖动、高跟踪性能、高能量效率、低计算复杂度和对不确定性的鲁棒性。这个想法已经通过两种方式得到证实：一个强大的理论框架，使用李雅普诺夫稳定性理论和广泛的仿真验证。所提出的方法的优越性已经通过显着减少颤振和能量消耗而没有显着的性能损失得到证实。此外，尽管存在上述不确定性，所提出的方法仍能够保持高跟踪性能，并消除了到达阶段。可以设想，所提出的方法可用于为所有类型的不确定多元系统设计稳健和最佳的跟踪控制，而不会影响计算成本。所提出的方法的优越性已经通过显着减少颤振和能量消耗而没有显着的性能损失得到证实。此外，尽管存在上述不确定性，所提出的方法仍能够保持高跟踪性能，并消除了到达阶段。可以设想，所提出的方法可用于为所有类型的不确定多元系统设计稳健和最佳的跟踪控制，而不会影响计算成本。所提出的方法的优越性已经通过显着减少颤振和能量消耗而没有显着的性能损失得到证实。此外，尽管存在上述不确定性，所提出的方法仍能够保持高跟踪性能，并消除了到达阶段。可以设想，所提出的方法可用于为所有类型的不确定多元系统设计稳健和最佳的跟踪控制，而不会影响计算成本。