1.一种基于扩张状态观测器的水下集矿机器人反步滑模自适应姿态控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步骤：步骤1、考虑水下集矿机器人六自由度动力学模型，通过解耦、简化模型并考虑耦合项、系统的模型不确定项和外部干扰对系统的影响，建立横倾、纵倾、艏向姿态运动方程；

步骤2、利用步骤1中的信息建立状态空间方程，设计水下机器人的扩张状态观测器；

步骤3、确定控制目标为跟踪误差的收敛，基于反步法构造Lyapunov函数，并设计虚拟控制变量，同时引入积分环节减小系统可能带来的稳态误差，并增强系统的快速性；

步骤4、利用步骤2中的扩张状态观测器实现对复合扰动的估计，并利用步骤3中的信息设计滑模面，通过构造Lyapunov函数完成控制率的设计，并设计自适应切换增益以降低系统中的抖振现象；

步骤5、通过构造包含反步设计误差、滑模函数和自适应估计误差的Lyapunov函数，验证该控制系统能快速收敛并达到稳定。

2.根据权利要求1所述的一种基于扩张状态观测器的水下集矿机器人反步滑模自适应姿态控制方法，其特征在于：所述的步骤1具体为：考虑水下集矿机器人六自由度动力学模型：其中M为广义惯性矩阵， 为水下集矿机器人在大地坐标系下的位置和T

姿态角，v＝[u v w p q r]为水下集矿机器人在运动坐标系下的速度向量， 表示系统的模型不确定项和外部干扰，C(v)为科式力矩阵，D(v)为流体阻尼矩阵，g(η)为重力和浮T

力组成的恢复力矩阵，J(η2)为坐标转换矩阵，τc＝[τX τY τZ τK τM τN]为控制力及控制力矩向量；

对式(1)进行解耦并简化，综合考虑耦合关系、模型参数不确定性、外部干扰对系统的影响，建立横倾、纵倾、艏向姿态运动方程：其中 为横倾角，θ为纵倾角，ψ为艏向角，Ix、Iy、Iz为水下集矿机器人x轴、y轴、z轴的转动惯量， 为惯性水动力系数，(xB，yB，zB)为浮心在运动坐标系中的坐标，Kp、Mq、Nr、Kp|p|、Mq|q|、Nr|r|为水下集矿机器人横倾、纵倾、艏向运动的一阶水阻尼系数和二阶水阻尼系数，B为水下集矿机器人所受浮力，d′K、d′M、d′N分别为横倾、纵倾、艏向运动的模型不确定项和外部扰动。

3.根据权利要求2所述的一种基于扩张状态观测器的水下集矿机器人反步滑模自适应姿态控制方法，其特征在于：所述的步骤2具体为：定义状态变量：

T

x＝[x1 x2]    (3)T

其中 x2＝[p q r] ，根据式(2)、式(3)建立状态空间方程：T 3×1

其中u＝[τK τM τN] 为系统的可控输入，y∈R 为系统的可控输出，A为系统线性项系数矩阵， B为正定常数矩阵，T

dF＝[dK dM dN] 表示各运动分量的复合扰动(包括耦合项、系统的模型不确定项和外部干扰)，其导数存在且有界；

T T

定义z＝[z1 z2]＝[x1 x2]，式(4)经过扩张后的数学模型为：其中z3为dF扩张成的新的状态量，h(t)为有界不确定函数；

根据式(5)所描述的系统设计二阶扩张状态观测器：其中 为状态观测向量，β1、β2、β3为增益参数，且为正常数对角矩阵，采用基于带宽的配置方法，则满足如下条件：式(7)中I3为单位矩阵，w0为带宽且w0＞0，当β1、β2、β3得到适当整定的时候，有通过以上扩张状态观测器，可估算出水下集矿机器人各运动分量的复合扰动dF，然后在控制律中实时补偿。

4.根据权利要求3所述的一种基于扩张状态观测器的水下集矿机器人反步滑模自适应姿态控制方法，其特征在于：所述的步骤3具体为：定义系统姿态角跟踪误差为：e1＝x1‑xd    (8)其中 表示姿态角跟踪误差， 表示期望姿态角，其中 xθd、xψd分别表示期望横倾角、期望纵倾角、期望艏向角；

对式(8)求导得：

为减少稳态误差引入一阶跟踪误差积分：引入虚拟控制量α，定义误差变量：e2＝x2‑α    (11)其中

构造Lyapunov函数V1：对式(12)求导得：

设计虚拟控制量α：

其中 均为正常数对角矩阵；

由式(9)～(14)得：由式(14)、式(15)推出：

5.根据权利要求4所述的一种基于扩张状态观测器的水下集矿机器人反步滑模自适应姿态控制方法，其特征在于：所述的步骤4具体为：引入滑模控制项，定义滑模面函数：s＝ke1+e2    (17)其中 为正常数对角矩阵；

由式(16)、式(17)得：因为k+c＞0，所以如果s＝0，则e1＝0，e2＝0且 因此需对系统做下一步设计；

构造Lyapunov函数V2：对式(19)求导得：

为保证 设计控制律u：

其中 为观测器对复合干扰的观测估计值， 为观测误差且有界，以横倾通道为例，取 为δ的上界，则

和 为正常数对角矩阵，

为减少滑模控制过程中出现的抖振问题，设计自适应指数趋近率：其中 为自适应趋近律下对δ的估计值， 则δ的估计误差 λ为正常数对角矩阵， 假设观测误差变化缓慢，则由式(21)、式(22)得到控制律u：

6.根据权利要求5所述的种基于扩张状态观测器的水下集矿机器人反步滑模自适应姿态控制方法，其特征在于：所述的步骤5具体为：保证在自适应律下系统稳定，构造Lyapunov函数：对式(24)求导得：

式(25)中矩阵 为：

由式(26)得：

其中 选取 的值，使得：从而保证Eθ正定则有：

由式(26)～(29)同理可得：由式(25)、式(29)、式(30)得 符合一致渐趋特点；

根据LaSalle不变性理论，取 时， eθ≡0，eψ≡0，s≡0，则t→∞时，e1→0，e2→0，s→0，则x1→xd， 姿态闭环控制系统收敛，能实现姿态角和姿态角速率的稳定跟踪。