近年来,多关节机械臂被广泛应用于各类不同的生产加工领域,对其控制系统的控制精度要求也越来越高,已由以往简单的稳定性逐渐转向快速性、同步性以及鲁棒性强等方向发展。为满足多关节机械臂控制系统的高精度要求,不仅要对单个关节进行准确的位置跟踪控制,而且要注重各个关节之间的同步性。因此,根据多关节机械臂控制系统的需求,有针对性的设计不同的同步控制策略,有效的提高了多关节机械臂的单关节位置跟踪控制精度和多关节之间的同步控制精度。本文以多关节机械臂为研究对象,研究了多关节机械臂的位置跟踪控制以及同步控制,主要工作如下:（1）本文介绍了应用于机械臂控制的不同控制算法的研究现状,简单说明了拉格朗日力学法建立机械臂动力学模型的过程,为下文奠定了理论基础。（2）机械臂任意关节的控制性能都影响着控制系统正体的控制精度,为了使每个关节都达到精确的位置跟踪,针对多关节机械臂的单个关节进行了位置跟踪控制策略的研究。首先,设计了迭代滑模位置控制器,有效的弥补了滑模控制算法所存在的抖振现象和迭代学习控制算法鲁棒性差的问题,使机械臂单关节控制系统具有更强的抗干扰能力和较好的跟踪效果。然后,为了进一步提高单关节控制器的位置跟踪性能,将分数阶微积分引入迭代滑模位置控制器中,提出分数阶迭代滑模位置控制器。结果表明分数阶迭代滑模位置控制器可以进一步抑制系统的抖振、提升关节的跟踪效果、加快关节的跟踪速度以及增加参数调节的灵活性。（3）机械臂的单关节位置跟踪控制策略只能保证单关节的位置跟踪控制精度,而不能有效地降低机械臂系统所存在的轮廓误差,针对这一问题提出了基于分数阶迭代滑模位置控制器的PD交叉耦合同步控制策略。首先,通过对机械臂关节同步误差的定义,设计了PD交叉耦合同步控制器。通过与不同的控制策略比较分析得出结论:在基于分数阶迭代滑模位置控制器的PD交叉耦合控制策略下,机械臂关节的位移调整时间和均方根误差更小,同步误差收敛更快,离散程度小,更满足同步精度。（4）由于在前一章中所设计的同步控制器为传统的PD控制,存在难以保证被控对象有较好的动态和静态品质、参数调节繁琐以及证明过程复杂等不足。所以,针对这一问题,提出了分数阶滑模交叉耦合同步控制策略对传统PD交叉耦合同步控制策略进行了改进。通过与PD交叉耦合同步控制策略和PD环形耦合同步控制策略相比较,得出结论:分数阶滑模交叉耦合同步控制策略不仅结构简单、设计方便,而且具有很好的同步控制精度,提高了机械臂控制系统的控制性能。又因为机械臂控制系统的同步误差会带来一定的累积误差,影响系统的控制性能。所以,进一步提出虚拟主轴这一概念,并在交叉耦合同步控制策略的基础上引入平均值虚拟主轴来消除累积误差带来的影响。最后进行对比分析,得出结论:本文所设计的控制策略可以有效地消除多关节机械臂的累积误差,进一步提高了机械臂关节的同步精度。