机械臂在实际运用过程中存在许多干扰,如参数不确定、外界干扰等,这给机械臂轨迹跟踪带来了很大的挑战,也使得机械臂控制系统的设计成为一大热门研究课题。近年来,滑模控制的研究和发展引起了国内外学者注意,许多学者将其运用于机械臂系统,滑模控制具有计算快、易于实现、抗干扰能力强等优点,但是也存在收敛慢、误差大、抖振、依赖系统先验知识等缺陷。针对上述机械臂滑模控制问题,本文基于二阶滑模控制、扩张状态观测器、模糊理论等策略,研究了机械臂有限时间轨迹跟踪问题。论文主要研究工作如下:为使得控制器同时具有快速收敛、精度高、抖振小、不依赖系统先验知识的优点,本文提出了一种基于非线性扩张状态观测器的二阶非奇异快速终端滑模控制器。首先,设计了一种新型二阶非奇异快速终端滑模面,该滑模面同时有快速终端滑模面和二阶滑模面的形式,不仅具有快速收敛、精度高、抖振小的优点,还避免了传统终端滑模面存在奇异性的问题。其次,为提高系统鲁棒性以及克服滑模控制依赖系统先验知识的缺陷,设计了一种新型降阶非线性扩张状态观测器对系统总扰动进行估计和补偿,该观测器能快速收敛且峰值现象较小。然后,结合设计的观测器和滑模面对控制律进行了推导,并进行了稳定性分析。最后,在仿真实验中证明了该控制器性能的优越性。为了使得控制器的精度进一步提高,对前文设计的控制器进行了改进,提出了一种基于模糊扩张状态观测器的改进二阶非奇异快速终端滑模控制器。首先,对前文设计的二阶非奇异快速终端滑模面进行了改进,在滑模面中加入了一种新型非线性积分项,该积分项能对缩小大误差、放大小误差,所以改进后的滑模面既能保证暂态性能,又能提高控制精度。其次,前文设计的降阶非线性扩张状态观测器性能依赖参数设置,且初峰值现象仍然较明显,因此结合模糊系统设计了一种新型模糊扩张状态观测器,该观测器能根据观测误差自适应调整观测器增益参数,具有加快收敛速度和减小峰值现象的优点。然后,将模糊扩张状态观测器与改进二阶终端滑模控制结合设计了控制器,并进行了稳定性证明。最后,在仿真实验中验证了该控制器的优越性能。