随着智能技术和相关学科的引入,工业机械臂取得了飞速的发展。为了满足机械臂各关节间高精度的同步性能,不但要考虑机械臂单关节的跟踪精度,而且要保证各关节之间的相互协同作用来共同完成生产任务。本文针对以上问题,不仅仅设计了单关节的位置跟踪控制器来满足跟踪精度,而且研究了同步控制实现了高精度同步性能,因此对于双关节机械臂同步控制方法的研究具有重要意义和应用价值。本文以双关节机械臂为研究对象,研究双关节机械臂的位置跟踪方法与同步控制方法,论文的主要工作包括:(1)首先,利用拉格朗日方程分析整个控制系统的能量得到机械臂系统动力学模型,并阐述了李雅普诺夫稳定性理论,其次对分数阶微积分理论和滑模控制理论进行介绍,为下文打下理论基础。(2)针对机械臂单关节位置跟踪控制问题,首先研究了分数阶滑模趋近律,并提出采用分数阶滑模控制方法对机械臂单关节跟踪控制进行研究,以分数阶微积分和滑模控制理论相结合的方式设计出分数阶滑模趋近律和分数阶滑模面的两种控制器,然后以经典的双关节机械臂为控制对象对所提出的方法进行仿真对比验证,结果说明所设计的控制器具有跟踪速度快、抖振明显改善和抗扰动能力强等特点。(3)在确定单关节位置跟踪控制的基础上,针对链式控制会产生同步误差累积效应的问题,首先引入虚拟主轴研究了PD虚拟主轴交叉耦合控制方法,为了满足控制系统有更高的同步精度,在交叉耦合控制中引入分数阶滑模控制器完成双关节机械臂同步控制,之后又对该控制方法进行改进,提出了基于分数阶滑模的方差虚拟主轴交叉耦合控制方法。最后进行仿真对比验证,结果说明了本文所提的控制方法可以有效消除双关节之间累积的同步误差也可以削弱抖振,同时关节的角位移调整时间和同步误差的均方根误差大大减小,进一步提高了机械臂关节的同步精度。