1.一种基于扰动观测的深海液压机械臂自适应滑模控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：考虑多自由度深海液压机械臂的模型参数不定、非线性和未知外部扰动，建立多自由度深海液压机械臂的动力学状态空间模型；

步骤二：根据多自由度深海液压机械臂的动力学状态空间模型，结合期望速度信号设计自适应律对未知参数进行估计，并构建自适应扩张状态观测器估计系统的未知扰动和关节速度，同时将观测器估计得到的外界扰动和关节速度补偿至自适应滑模控制器中；结合自适应律和自适应扩张状态观测器，基于反步控制方法和趋近律设计，设计自适应滑模控制器，得到虚拟控制推力和伺服阀阀口的控制律；

步骤三：根据虚拟控制推力和伺服阀阀口控制律实现多自由度深海液压机械臂的运动控制，将多自由度深海液压机械臂的输出信号，即关节角度和推力实时反馈到自适应滑模控制器中实现闭环控制，最终确保多自由度深海液压机械臂的精确运动控制；

步骤二具体如下：

2.1)基于步骤1)所建立的机械臂动力学状态空间模型，设计自适应律，建立过程具体如下：为了便于自适应律设计，将动力学状态空间模型重构为如下形式：其中 为需要估计的参数矩阵，I2表示为2×2的对角单位矩阵；

为已知的回归矩阵，

为包含不可测信号的回归矩阵， 为扰

动信号，其中x2d表示期望的关节角速度信号；

为了抑制在参数估计过程中传感器噪声产生的消极影响，准确估计未知参数，定义滤波变量xf，ψdf如下：其中k＝diag[k1,k2,...,kn]表示滤波系数；因此，公式(9)可重构为如下形式：其中 构造中间矩阵O和R如下：

其中l表示矩阵的收敛增益系数，满足l＞0；因此，公式(11)满足：定义 则构建矩阵U满足以下条件：

T

其中 表示矩阵Θ的估计值；结合公式(10)、(12)和(13)得到中间矩阵R＝OΘ ‑Δ；定义 其中 表示状态变量x与其估计值 的误差；因此，公式(13)满足：在满足系统的扰动f有界的条件下，矩阵U中包含了参数估计误差 因此基于所构建的矩阵U设计自适应律能够保证参数估计误差 进一步缩小；因此，建立参数自适应律如下：其中Γ为自适应律矩阵 的正定对角矩阵，满足Γ＝diag[Γ1,Γ2,...,Γκ]，κT为矩阵e的行数；e＝[e1,e2,e3]为机械臂的误差信号；kU为矩阵U的正定对角矩阵，满足kU＝diag[kU1,kU2,...,kUj]，j为矩阵U的行数；

2.2)根据步骤一建立的机械臂动力学状态空间模型和步骤2.1)中设计的参数自适应律，设计自适应扩张状态观测器对扰动信号进行估计；此外，由于多自由度深海液压机械臂未安装速度传感器，通过设计基于期望速度信号的自适应扩张状态观测器估计不同关节处的速度信号，具体如下：其中η1,η2分别表示两个自适应扩张状态观测器的增益系数；υr(xj)表示关于xj的非线性方程，j＝1or3，r＝1,2,3，通过公式(20)对于这一步设计进一步说明，具体如下：其中τr表示非线性方程的指数次增益系数，满足

2.3)根据动力学状态空间模型，结合步骤2.1)和2.2)，基于反步控制方法和趋近律设计，设计自适应滑模控制器，分别得到虚拟控制推力和伺服阀阀口的控制律；

步骤2.3)具体过程如下：

定义机械臂关节角跟踪误差e1为：

e1＝x1‑x1d     (21)

其中x1d表示机械臂各个关节的期望位置；此外，构建机械臂关节转换误差e2如下：其中k1表示机械臂的关节角跟踪误差e1的正定对角矩阵；α1为关节角跟踪误差e1的虚拟控制律，满足 为机械臂各个关节角的期望速度；

构造非奇异终端滑模流形如下：

其中a1表示滑模流形s1中线性项的增益系数，满足a1＞0；b1表示滑模流形s1中非线性项的增益系数，满足b1＞0；ε1表示非线性项的指数项增益系数，满足ε1＞0；sign()表示符号函数；为了提升滑模控制的瞬态性能，抑制抖振现象，设计滑模趋近律并引入到自适应滑模控制器虚拟控制推力设计过程中，其具体形式如下：其中ks1表示滑模趋近律 中线性项的线性增益系数，满足ks1＞0； μ1分别表示滑模流形s1的第一增益系数、第二增益系数，满足 μ1＞0；ks2表示趋近律 中鲁棒项的鲁棒增益系数；λ1、γ1和σ1分别表示滑模鲁棒项的第三增益系数、第四增益系数、第五增益系数，满足λ1＞0，γ1＞0，σ1＞0，λ1+γ1＞1；

结合公式(8)、(21)和(22)，对公式(23)进行微分运算可得：采用反步控制方法，建立/设计机械臂的虚拟控制推力α2如下：其中α2a表示基于动力学状态空间模型虚拟控制推力自适应补偿项，α2s表示基于趋近律设计虚拟控制推力鲁棒补偿项；具体形式如下：其中速度估计 和扰动估计 均由扩张状态观测器(18)估计所得；

基于虚拟控制推力α2的设计，定义机械臂推力误差e3＝x3‑α2；构造非奇异终滑模流形s2如下：其中a2表示滑模流形s2中线性项的增益系数，满足a2＞0；b2表示滑模流形s2中非线性项的增益系数，满足b2＞0；ε2表示非线性项的指数项增益系数，满足ε2＞1；结合公式(8)和(28)，对滑模流形s2求微分可得：为了提升滑模控制的瞬态性能，抑制抖振现象，设计如下所示的滑模趋近律并引入到自适应滑模控制器伺服阀阀口控制律设计过程中，其具体形式如下：其中ks3表示滑模趋近律 中线性项的线性增益系数，满足ks3＞0； μ2分别表示滑模流形s2的第一增益系数、第二增益系数，满足 μ2＞0；ks4表示趋近律 中鲁棒项的鲁棒增益系数；λ2、γ2和σ2分别表示滑模鲁棒项的第三增益系数、第四增益系数、第五增益系数，满足λ2＞0，γ2＞0，σ2＞0，λ2+γ2＞1；

结合伺服阀阀口控制律设计过程中公式(30)的趋近律设计，可得伺服阀阀口的控制律u如下：其中ua表示基于动力学状态空间模型的伺服阀阀口自适应补偿项，us表示基于趋近律设计的伺服阀阀口鲁棒补偿项；具体形式如下：其中扰动估计 由自适应扩张状态观测器(19)估计所得，速度估计 由扩张状态观测器(18)估计所得。

2.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测的深海液压机械臂自适应滑模控制方法，其特征在于，步骤一具体为：建立多自由度深海液压机械臂的非线性动力学状态空间模型，包括多自由度深海液压机械臂的机构动力学模型、关节角与液压缸活塞杆位移的动力学关系、液压传动系统的压力‑流量非线性动力学模型、流量‑伺服阀阀口开度的动力学关系构成。

3.根据权利要求2所述的一种基于扰动观测的深海液压机械臂自适应滑模控制方法，其特征在于，建立多自由度深海液压机械臂的机构动力学模型，满足以下公式：n×n n×n

其中M(q)∈R 表示机械臂惯性矩阵，n为机械臂的总关节数，C∈R 表示科里奥利和n×1 n×n离心力矩阵，G∈R 表示机械臂的重力矩阵，H∈R 表示流体动力学，包括粘性阻力和附T加质量效应；q＝[q1,q2,...,qi...,qn]， 和 分别表示机械臂各个关节角的位置、速度、加速度，其中qi表示机械臂的第i个关节的关节角，i表示关T节的序号，i＝1,2,...,n； 为每个液压缸活塞杆位移y＝[y1,y2,...,yi...,yn]与每个关节角q之间的全微分矩阵，yi表示机械臂第i个关节处的液压缸活塞杆的位移量，满足T TP1＝[P11,P12,...,P1n] ,P2＝[P21,P22,...,P2n] 分别表示机械臂各关节处油缸进油腔与回油腔的压强，A＝diag[A1,A2,...,An]分别表示不同关节角处液压缸进油腔与回油腔的有效冲压面积；D表示机械臂在运动过程中受到的集总扰动。

4.根据权利要求3所述的一种基于扰动观测的深海液压机械臂自适应滑模控制方法，其特征在于，建立机械臂关节角与液压缸活塞杆的动力学关系，具体如下：机械臂的关节角与液压缸活塞杆位移的动力学关系包含以下两类：a.当所述的机械臂为通过齿轮齿条结构将液压缸活塞杆位移转换为关节角度的机械臂时，每个关节的角度qi与对应关节处液压缸活塞杆的位移量yi满足以下关系：其中，mi表示第i个关节处液压缸中齿轮的模数，zi表示第i个关节处液压缸中齿轮的齿数；

b.当所述的机械臂为通过三角形映射关系将液压缸活塞杆位移转换为关节角度的机械臂时，其每个关节的角度qi与对应关节处液压缸活塞杆的位移量yi满足以下关系：其中， 表示机械臂第i‑1个关节和第i个关节之间的长度， 表示机械臂第i个关节和第i+1个关节之间的长度。

5.根据权利要求4所述的一种基于扰动观测的深海液压机械臂自适应滑模控制方法，其特征在于，建立液压传动系统的压力‑流量非线性动力学模型，具体如下：n×n n×n

其中V01∈R 表示机械臂各个关节处液压缸进油腔的初始容积，V02∈R 表示每个液压缸回油腔的初始容积；diag[]表示矩阵的对角化操作； 分别表示多自由度深海液压机械臂各个关节处液压缸进、回油腔室的压强变化率；βe表示油液的有效体积模量；Q1＝T T[Q11,Q12,...,Q1n] ,Q2＝[Q21,Q22,...,Q2n] 分别表示多自由度深海液压机械臂各个关节处液压缸进油腔和回油腔的流体流速。

6.根据权利要求5所述的一种基于扰动观测的深海液压机械臂自适应滑模控制方法，其特征在于，建立各个液压缸腔室流量‑伺服阀阀口开度的动力学关系，其满足：其中kq表示伺服阀的输入信号与流量的增益系数，满足kq＝diag[kq1,kq2,...,kqn]；u＝T[u1,u2,...,un]表示机械臂各个关节的伺服阀的输入信号；g1(P1,u)表示各关节伺服阀的输入信号与进油腔压强P1的转换函数，g2(P2,u)表示各关节伺服阀的输入信号与出油腔压强P2的转换函数，满足以下公式：其中Ps,Pr分别为液压传动系统的供油、回油压力。

7.根据权利要求6所述的一种基于扰动观测的深海液压机械臂自适应滑模控制方法，其特征在于，建立机械臂的动力学状态空间模型，其具体如下：在考 虑机 械臂非 线性 、参数 时变 和扰 动的 情况 下，定 义状 态变 量建立机械臂的动力学状态空间模型，具体如下：其中θi表示参数不确定项，φ i表示已知项，fi表示系统的未知扰动；

‑1 ‑1

φ 2＝M ,φ 3＝M G(q) ,

‑1

θ3＝βekq,f1＝M D+Π1,f2＝Π2；Π1,

Π2分别表示机械臂，液压传动系统动力学建模过程中产生的过程误差。

8.根据权利要求1‑7中任意一项所述的一种基于扰动观测的深海液压机械臂自适应滑模控制方法，其特征在于，步骤三具体方法如下：所述多自由度深海液压机械臂由液压系统和机械臂本体所构成，在机械臂中仅安装了位置传感器，液压系统中仅有压力传感器；通过将传感器获得的位置、压力信号实时反馈至自适应滑模控制器中，此外结合期望速度信号迭代更新时变参数θ1,θ2,θ3的估计值和扰动值f1,f2，通过自适应滑模控制器得到控制律，实现对多自由度深海液压机械臂的闭环控制，实现机械臂的精密运动控制。