Finite-time robust position tracking control for DC motors under uncertain dynamics
Introduction. This study proposes a finite-time robust control law for position tracking of a DC motor under conditions of model uncertainty and external disturbances. The motor operates through a pulse-width modulation (PWM) unit and an H-bridge power circuit, aiming to achieve finite-time position...
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
2026
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://eie.khpi.edu.ua/article/view/342296 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Institution
Electrical Engineering & Electromechanics| _version_ | 1856543543101751296 |
|---|---|
| author | Nguyen, Q. B. Nguyen, X. C. |
| author_facet | Nguyen, Q. B. Nguyen, X. C. |
| author_sort | Nguyen, Q. B. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-01-01T22:10:06Z |
| description | Introduction. This study proposes a finite-time robust control law for position tracking of a DC motor under conditions of model uncertainty and external disturbances. The motor operates through a pulse-width modulation (PWM) unit and an H-bridge power circuit, aiming to achieve finite-time position tracking while minimizing the effects of model uncertainties and external disturbances. Problem. The main challenge lies in achieving accurate and rapid position and speed regulation for the DC motor while maintaining high performance, despite model inaccuracies and external disturbances. The goal of this paper is to design a robust finite-time position tracking control law for a DC motor based on the differential geometric approach, ensuring high tracking accuracy and control efficiency in the presence of disturbances and parameter uncertainties. Scientific novelty. The integration of finite-time control based on a virtual system, diffeomorphism transformation, and disturbance compensation introduces an innovative solution for DC motor position tracking under incomplete modeling and external perturbations. Methodology. The study employs the differential geometric method to construct a virtual system with finite-time characteristics and uses Lyapunov theory to prove global stability in the presence of uncertainties and disturbances. A finite-time virtual system is proposed after analyzing the incomplete dynamic model of the DC motor. Results. To validate the proposed approach, MATLAB simulations were conducted and compared with a conventional sliding mode controller. The results demonstrate improved settling time and robustness of the proposed method in DC motor position tracking. The findings confirm that the proposed controller provides intuitive and precise control, accurate position tracking, and enhanced performance regulation. It also exhibits strong robustness against model uncertainties and external disturbances. The practical value of the proposed method is considerable, as it offers a reliable and efficient position control scheme for DC motors using PWM. The method ensures precise position control and robust performance under varying conditions and external interferences, making it well-suited for real-world DC motor control applications. References 23, tables 1, figures 12. |
| first_indexed | 2026-02-08T08:04:53Z |
| format | Article |
| id | eiekhpieduua-article-342296 |
| institution | Electrical Engineering & Electromechanics |
| language | English |
| last_indexed | 2026-02-08T08:04:53Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | eiekhpieduua-article-3422962026-01-01T22:10:06Z Finite-time robust position tracking control for DC motors under uncertain dynamics Finite-time robust position tracking control for DC motors under uncertain dynamics Nguyen, Q. B. Nguyen, X. C. двигун постійного струму кінцеве керування ковзний режим керування дифеоморфне перетворення диференціально-геометричний метод DC motor finite-time control sliding mode control diffeomorphism transformation differential geometric method Introduction. This study proposes a finite-time robust control law for position tracking of a DC motor under conditions of model uncertainty and external disturbances. The motor operates through a pulse-width modulation (PWM) unit and an H-bridge power circuit, aiming to achieve finite-time position tracking while minimizing the effects of model uncertainties and external disturbances. Problem. The main challenge lies in achieving accurate and rapid position and speed regulation for the DC motor while maintaining high performance, despite model inaccuracies and external disturbances. The goal of this paper is to design a robust finite-time position tracking control law for a DC motor based on the differential geometric approach, ensuring high tracking accuracy and control efficiency in the presence of disturbances and parameter uncertainties. Scientific novelty. The integration of finite-time control based on a virtual system, diffeomorphism transformation, and disturbance compensation introduces an innovative solution for DC motor position tracking under incomplete modeling and external perturbations. Methodology. The study employs the differential geometric method to construct a virtual system with finite-time characteristics and uses Lyapunov theory to prove global stability in the presence of uncertainties and disturbances. A finite-time virtual system is proposed after analyzing the incomplete dynamic model of the DC motor. Results. To validate the proposed approach, MATLAB simulations were conducted and compared with a conventional sliding mode controller. The results demonstrate improved settling time and robustness of the proposed method in DC motor position tracking. The findings confirm that the proposed controller provides intuitive and precise control, accurate position tracking, and enhanced performance regulation. It also exhibits strong robustness against model uncertainties and external disturbances. The practical value of the proposed method is considerable, as it offers a reliable and efficient position control scheme for DC motors using PWM. The method ensures precise position control and robust performance under varying conditions and external interferences, making it well-suited for real-world DC motor control applications. References 23, tables 1, figures 12. Вступ. У дослідженні пропонується робастний закон керування зі скінченним часом для відстеження положення двигуна постійного струму в умовах невизначеності моделі та зовнішніх збурень. Двигун працює через блок широтно-імпульсної модуляції (PWM) та схему живлення H-подібного моста, метою чого є досягнення відстеження положення зі скінченним часом, мінімізуючи вплив невизначеностей моделі та зовнішніх збурень. Проблема. Основна проблема полягає в досягненні точного та швидкого регулювання положення та швидкості двигуна постійного струму, зберігаючи при цьому високу продуктивність, незважаючи на неточності моделі та зовнішні збурення. Метою роботи є розробка робастного закону керування відстеженням положення двигуна постійного струму зі скінченним часом на основі диференціально-геометричного підходу, що забезпечує високу точність відстеження та ефективність керування за наявності збурень та невизначеностей параметрів. Наукова новизна. Інтеграція керування зі скінченним часом на основі віртуальної системи, перетворення дифеоморфізму та компенсації збурень пропонує інноваційне рішення для відстеження положення двигуна постійного струму за неповного моделювання та зовнішніх збурень. Методологія. У дослідженні використовується диференціально-геометричний метод для побудови віртуальної системи з характеристиками зі скінченним часом та теорія Ляпунова для доведення глобальної стійкості за наявності невизначеностей та збурень. Після аналізу неповної динамічної моделі двигуна постійного струму запропоновано віртуальну систему зі скінченним часом. Результати. Для перевірки запропонованого підходу було проведено моделювання в MATLAB та порівняно зі звичайним контролером ковзного режиму. Результати демонструють покращений час встановлення та стійкість запропонованого методу відстеження положення двигуна постійного струму. Отримані дані підтверджують, що запропонований контролер забезпечує інтуїтивно зрозуміле та точне керування, точне відстеження положення та покращене регулювання продуктивності. Він також демонструє високу стійкість до невизначеностей моделі та зовнішніх збурень. Практична значимість запропонованого методу є значною, оскільки він пропонує надійну та ефективну схему керування положенням для двигунів постійного струму з використанням PWM. Метод забезпечує точне керування положенням та стійку роботу за різних умов та зовнішніх перешкод, що робить його добре придатним для реальних застосувань керування двигунами постійного струму. Бібл. 23, табл. 1, рис. 12. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2026-01-02 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/342296 10.20998/2074-272X.2026.1.06 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 1 (2026); 44-50 Электротехника и Электромеханика; № 1 (2026); 44-50 Електротехніка і Електромеханіка; № 1 (2026); 44-50 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/342296/334601 Copyright (c) 2025 Q. B. Nguyen, X. C. Nguyen http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | DC motor finite-time control sliding mode control diffeomorphism transformation differential geometric method Nguyen, Q. B. Nguyen, X. C. Finite-time robust position tracking control for DC motors under uncertain dynamics |
| title | Finite-time robust position tracking control for DC motors under uncertain dynamics |
| title_alt | Finite-time robust position tracking control for DC motors under uncertain dynamics |
| title_full | Finite-time robust position tracking control for DC motors under uncertain dynamics |
| title_fullStr | Finite-time robust position tracking control for DC motors under uncertain dynamics |
| title_full_unstemmed | Finite-time robust position tracking control for DC motors under uncertain dynamics |
| title_short | Finite-time robust position tracking control for DC motors under uncertain dynamics |
| title_sort | finite-time robust position tracking control for dc motors under uncertain dynamics |
| topic | DC motor finite-time control sliding mode control diffeomorphism transformation differential geometric method |
| topic_facet | двигун постійного струму кінцеве керування ковзний режим керування дифеоморфне перетворення диференціально-геометричний метод DC motor finite-time control sliding mode control diffeomorphism transformation differential geometric method |
| url | http://eie.khpi.edu.ua/article/view/342296 |
| work_keys_str_mv | AT nguyenqb finitetimerobustpositiontrackingcontrolfordcmotorsunderuncertaindynamics AT nguyenxc finitetimerobustpositiontrackingcontrolfordcmotorsunderuncertaindynamics |