本发明涉及并联机器人控制方法，具体地，涉及stewart波浪补偿平台的控制方法及系统，更为具体地，涉及基于结合自适应重力估计的鲁棒滑模控制方法。
背景技术：
1、并联六自由度平台可以用于对船舶受海风、海浪等因素影响产生的六维干扰运动进行补偿，为海上运维提供安全稳定的工作环境。而海洋环境总是变化莫测的，波浪补偿系统面临着多源扰动、大滞后、变参数、强耦合以及非线性的工作特点。
2、目前已有一些用于六自由度波浪补偿平台的控制方法，传统控制器难以满足控制精度要求，而现有的先进控制方法，大多对于系统参数强依赖，实际控制过程中实现困难。现有技术中，专利文献cn115598966a提出了一种六自由度并联摇摆台的视觉伺服神经网路控制方法，使用视觉替代力传感以对外界干扰做出应对，但进行控制时仍依赖所建立的动力学模型，且增设了相机，使得外部扰动源增多；专利文献cn111708274a提出了一种基于前馈pid控制算法的波浪补偿控制系统，包含四个微惯导传感器，外界扰动来源繁杂，采用前馈pid，鲁棒性、精度控制有待提高。
3、因此，有待提出一种鲁棒的，对模型依赖不强的控制器，实现高精度控制。并且，该控制器在工程中要简单易实现。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种stewart波浪补偿平台的控制方法及系统。
2、根据本发明提供的一种stewart波浪补偿平台的控制方法，包括：
3、步骤s1：获得船体运动信息，进行运动学反解获得得到补偿六条支链的目标长度；
4、步骤s2：基于stewart波浪补偿平台动力学特性，采用延时估计获取时变重力；
5、步骤s3：基于卡尔曼滤波器对时变重力进行滤波，得到滤波后的时变重力；
6、步骤s4：通过二阶滤波计算支链目标长度变化速率；
7、步骤s5：利用目标长度变化速率，在非奇异终端滑模控制器中引入速度前馈项；基于目标长度、滤波后的时变重力，利用引入速度前馈项的非奇异终端滑模控制器计算驱动器输入，实现stewart波浪补偿平台波浪补偿控制。
8、优选地，所述步骤s1采用：
9、位姿传感器与波浪补偿平台下平台固连，固定于下平台铰点平面中心，持续获取船体运动的位姿信息xb；
10、基于获取的船体运动位姿信息，通过逆运动学求解得到六条支链的目标长度为：
11、
12、其中：lid表示第i条支链的目标长度；lid表示第i条支链从下平台铰点到上平台铰点的目标向量；表示根据所述船体运动的位姿信息xb得到的波浪补偿上平台相对于下平台的位移矢量；rbtd表示根据所述船体运动的位姿信息xb得到的波浪补偿上平台相对于下平台的旋转矩阵；ti表示波浪补偿上平台第i条支链球铰铰点坐标；bi表示波浪补偿下平台第i条支链虎克铰铰点坐标；i表示支链的顺序数，共6条支链，i＝1，2，3，4，5，6。
13、优选地，所述步骤s2中stewart波浪补偿平台动力学特性包括：基于stewart波浪补偿平台动力学方程获取stewart波浪补偿平台动力学特性；
14、根据牛顿欧拉公式，在惯性系下所述波浪补偿平台上平台的动力学方程为：
15、
16、其中：mp表示惯性系下补偿平台上平台的广义质量矩阵；表示惯性系下补偿平台上平台的广义加速度；cp表示惯性系下补偿平台上平台的广义科氏矩阵；表示惯性系下补偿平台上平台的广义速度；gp表示惯性系下补偿平台上平台的重力矩阵；fa表示当前状态下补偿平台所受主动外力；
17、在非惯性系下所述波浪补偿平台上平台的动力学方程为：
18、
19、其中：ml表示关节空间中波浪补偿平台的广义质量矩阵；表示支链实际长度变化的加速度；c1表示关节空间中波浪补偿平台的广义科氏矩阵；表示支链实际长度变化的速度；gl表示关节空间中波浪补偿平台的广义重力矩阵；mbl表示关节空间中下平台的广义质量矩阵；表示下平台的加速度；cbl表示关节空间中下平台的广义科氏矩阵；表示下平台的速度；fa表示支链驱动力；
20、根据虚功原理，fa与fa具备以下关系：
21、fa＝jfa
22、结合两个参考系下的动力学方程，得到惯性力fml的表达式为：
23、
24、在实现完全补偿时，支链长度、长度变化的速度和加速度均趋近目标，等效于使得末端平台的和惯性力fml趋近于：
25、
26、此时支链出力应当只剩重力：
27、gl＝fa；
28、所述波浪补偿平台在实现完全补偿时的动力学特性为：6条支链的出力约等于平台重力在6条支链上的分解。
29、优选地，所述非奇异终端滑模控制器包括：基于stewart波浪补偿平台动力学特性，结合非奇异终端滑模块控制方法，构建非奇异终端滑模控制器；
30、设计非奇异终端滑模面为：
31、
32、其中：e＝ld-l表示支链长度的跟随误差；β＝diag(β1,…,β6)，γ表示所设计非奇异终端滑模面的自定义参数，取值范围为βi>0,1<γ<2，ld表示六条支链的目标长度，l表示支链实际长度；
33、定义终端快速滑模逼近率为：
34、
35、其中，k1＝diag(k11,…,k16)，k2＝diag(k21,…,k26)，以及ρ表示终端快速滑模逼近率的自定义参数，取值范围为k1i,k2i>0,0<ρ<1；
36、结合非奇异终端滑模控制算法，构建非奇异终端滑模控制器：
37、
38、其中：为估计的关节空间中波浪补偿平台的广义重力矩阵；
39、根据动力学特征，对非奇异终端滑模控制器进行简化；
40、
41、优选地，所述步骤s2采用：
42、根据动力学特性，根据非奇异终端滑模控制器的输出u对时变重力进行估计：
43、gp≈jtu
44、当前时刻的非奇异终端滑模控制器的输出u需要在已知gp的条件下获取，依据重力在短时间内保持不变的特点，对当前时刻进行估计可以进行一个采样周期的延时：
45、gp(t)≈jtu(t-l)
46、其中：gp(t)表示当前时刻的估计重力；u(t-l)表示在当前时刻的前一采样周期的控制器的输出。
47、优选地，所述步骤s3采用：
48、基于卡尔曼滤波器，设计抽象状态转移方程为：
49、
50、grk＝γgr(k-1)+(1-λ)gp(k-1)
51、其中：gpk表示当前时刻在世界坐标系中的估计重力；gr(k-1)表示参考力，依赖于恒定的参考重力；gp(k-1)表示最后上一采样时间的估计重力；p∈(0,1)表示上一次估计重力所占的权重；gl表示顶部平台的重力在六条支链上的分解，即为所述估计控制输入u；wk-1和vk表示噪声；λ表示遗忘因子；
52、结合经典卡尔曼滤波方程，设计重力卡尔曼滤波器的预测部分和修正部分；所述重力卡尔曼滤波器的预测部份为
53、
54、其中：pk表示先验估计误差协方差；q表示过程噪声协方差；
55、所述重力卡尔曼滤波器的修正部分为
56、
57、其中：kk表示卡尔曼增益；r表示测量噪声协方差；表示六条支链的控制输入力；表示顶部平台的估计重力；
58、将惯性系中的重力项分解至6条支链，所述非奇异终端滑模控制律使用的关节空间中波浪补偿平台的重力矩阵为：
59、
60、所述关节空间中的重力矩阵为所述非奇异终端滑模控制器中的时变重力。
61、优选地，所述步骤s4采用：
62、通过一个二阶滤波器获得速度前馈项
63、
64、其中：z1(0)＝ld(0)；过程中ω表示自然频率；ζ表示阻尼比。
65、优选地，所述步骤s5采用：
66、在控制器中引入速度前馈项，所述非奇异终端滑模控制器向驱动器的控制输入为
67、
68、其中：kv表示前馈增益。
69、根据本发明提供的一种stewart波浪补偿平台的控制系统，包括：
70、模块m1：获得船体运动信息，进行运动学反解获得得到补偿六条支链的目标长度；
71、模块m2：基于stewart波浪补偿平台动力学特性，采用延时估计获取时变重力；
72、模块m3：基于卡尔曼滤波器对时变重力进行滤波，得到滤波后的时变重力；
73、模块m4：通过二阶滤波计算支链目标长度变化速率；
74、模块m5：利用目标长度变化速率，在非奇异终端滑模控制器中引入速度前馈项；基于目标长度、滤波后的时变重力，利用引入速度前馈项的非奇异终端滑模控制器计算驱动器输入，实现stewart波浪补偿平台波浪补偿控制。
75、优选地，所述模块m1采用：
76、位姿传感器与波浪补偿平台下平台固连，固定于下平台铰点平面中心，持续获取船体运动的位姿信息xb；
77、基于获取的船体运动位姿信息，通过逆运动学求解得到六条支链的目标长度为：
78、
79、其中：lid表示第i条支链的目标长度；lid表示第i条支链从下平台铰点到上平台铰点的目标向量；表示根据所述船体运动的位姿信息xb得到的波浪补偿上平台相对于下平台的位移矢量；rbtd表示根据所述船体运动的位姿信息xb得到的波浪补偿上平台相对于下平台的旋转矩阵；ti表示波浪补偿上平台第i条支链球铰铰点坐标；bi表示波浪补偿下平台第i条支链虎克铰铰点坐标；i表示支链的顺序数，共6条支链，i＝1，2，3，4，5，6；
80、所述模块m2中stewart波浪补偿平台动力学特性包括：基于stewart波浪补偿平台动力学方程获取stewart波浪补偿平台动力学特性；
81、根据牛顿欧拉公式，在惯性系下所述波浪补偿平台上平台的动力学方程为：
82、
83、其中：mp表示惯性系下补偿平台上平台的广义质量矩阵；表示惯性系下补偿平台上平台的广义加速度；cp表示惯性系下补偿平台上平台的广义科氏矩阵；表示惯性系下补偿平台上平台的广义速度；gp表示惯性系下补偿平台上平台的重力矩阵；fa表示当前状态下补偿平台所受主动外力；
84、在非惯性系下所述波浪补偿平台上平台的动力学方程为：
85、
86、其中：ml表示关节空间中波浪补偿平台的广义质量矩阵；表示支链实际长度变化的加速度；c1表示关节空间中波浪补偿平台的广义科氏矩阵；表示支链实际长度变化的速度；gl表示关节空间中波浪补偿平台的广义重力矩阵；mbl表示关节空间中下平台的广义质量矩阵；表示下平台的加速度；cbl表示关节空间中下平台的广义科氏矩阵；表示下平台的速度；fa表示支链驱动力；
87、根据虚功原理，fa与fa具备以下关系：
88、fa＝jfa
89、结合两个参考系下的动力学方程，得到惯性力fml的表达式为：
90、
91、在实现完全补偿时，支链长度、长度变化的速度和加速度均趋近目标，等效于使得末端平台的和惯性力fml趋近于：
92、
93、此时支链出力应当只剩重力：
94、gl＝fa；
95、所述波浪补偿平台在实现完全补偿时的动力学特性为：6条支链的出力约等于平台重力在6条支链上的分解；
96、所述非奇异终端滑模控制器包括：基于stewart波浪补偿平台动力学特性，结合非奇异终端滑模块控制方法，构建非奇异终端滑模控制器；
97、设计非奇异终端滑模面为：
98、
99、其中：e＝ld-l表示支链长度的跟随误差；β＝diag(β1,…,β6)，γ表示所设计非奇异终端滑模面的自定义参数，取值范围为βi>0,1<γ<2，ld表示六条支链的目标长度，l表示支链实际长度；
100、定义终端快速滑模逼近率为：
101、
102、其中，k1＝diag(k11,…,k16)，k2＝diag(k21,…,k26)，以及ρ表示终端快速滑模逼近率的自定义参数，取值范围为k1i,k2i>0,0<ρ<1；
103、结合非奇异终端滑模控制算法，构建非奇异终端滑模控制器：
104、
105、其中：为估计的关节空间中波浪补偿平台的广义重力矩阵；
106、根据动力学特征，对非奇异终端滑模控制器进行简化；
107、
108、所述模块m2采用：
109、根据动力学特性，根据非奇异终端滑模控制器的输出u对时变重力进行估计：
110、gp≈jtu
111、当前时刻的非奇异终端滑模控制器的输出u需要在已知gp的条件下获取，依据重力在短时间内保持不变的特点，对当前时刻进行估计可以进行一个采样周期的延时：
112、gp(t)≈jtu(t-l)
113、其中：gp(t)表示当前时刻的估计重力；u(t-l)表示在当前时刻的前一采样周期的控制器的输出；
114、所述模块m3采用：
115、基于卡尔曼滤波器，设计抽象状态转移方程为：
116、
117、grk＝γgr(k-1)+(1-λ)gp(k-1)
118、其中：gpk表示当前时刻在世界坐标系中的估计重力；gr(k-1)表示参考力，依赖于恒定的参考重力；gp(k-1)表示最后上一采样时间的估计重力；p∈(0,1)表示上一次估计重力所占的权重；gl表示顶部平台的重力在六条支链上的分解，即为所述估计控制输入u；wk-1和vk表示噪声；λ表示遗忘因子；
119、结合经典卡尔曼滤波方程，设计重力卡尔曼滤波器的预测部分和修正部分；所述重力卡尔曼滤波器的预测部份为
120、
121、其中：pk表示先验估计误差协方差；q表示过程噪声协方差；
122、所述重力卡尔曼滤波器的修正部分为
123、
124、其中：kk表示卡尔曼增益；r表示测量噪声协方差；表示六条支链的控制输入力；表示顶部平台的估计重力；
125、将惯性系中的重力项分解至6条支链，所述非奇异终端滑模控制律使用的关节空间中波浪补偿平台的重力矩阵为：
126、
127、所述关节空间中的重力矩阵为所述非奇异终端滑模控制器中的时变重力；
128、所述模块m4采用：
129、通过一个二阶滤波器获得速度前馈项
130、
131、其中：z1(0)＝ld(0)；过程中ω表示自然频率；ζ表示阻尼比；
132、所述模块m5采用：
133、在控制器中引入速度前馈项，所述非奇异终端滑模控制器向驱动器的控制输入为
134、
135、其中：kv表示前馈增益。
136、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
137、1、本发明提供的stewart波浪补偿平台控制方法具有令人满意的无模型特性，无需精确的系统动力学模型即可实现重力自适应估计和鲁棒控制，此项特性也使其更容易应用于工程领域；
138、2、与现有的pid控制器、基于反步法的滑模控制器(rbsmc)控制器相比，本发明提供的重力自适应估计非奇异终端滑模控制器(ntsmc-ge)抗漂移能力更强，具有优异的鲁棒性，无模型的优势也更突出；
139、3、本发明提供的重力估计方法也取得了令人满意的效果，通过测试，重力的估计值和实际值进行比对，时变重力分量足够精确和平滑，可以用作控制器控制输出的一部分，可以实现对时变重力的估算，提高系统的控制精度；
140、4、本发明所提出的ntsmc-ge方法在抗干扰性能和小残余运动方面也取得了令人满意的结果，位置补偿率高达94.46％，旋转补偿率高达94.39％。
1.一种stewart波浪补偿平台的控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的stewart波浪补偿平台的控制方法，其特征在于，所述步骤s1采用：
3.根据权利要求1所述的stewart波浪补偿平台的控制方法，其特征在于，所述步骤s2中stewart波浪补偿平台动力学特性包括：基于stewart波浪补偿平台动力学方程获取stewart波浪补偿平台动力学特性；
4.根据权利要求1所述的stewart波浪补偿平台的控制方法，其特征在于，所述非奇异终端滑模控制器包括：基于stewart波浪补偿平台动力学特性，结合非奇异终端滑模块控制方法，构建非奇异终端滑模控制器；
5.根据权利要求1所述的stewart波浪补偿平台的控制方法，其特征在于，所述步骤s2采用：
6.根据权利要求1所述的stewart波浪补偿平台的控制方法，其特征在于，所述步骤s3采用：
7.根据权利要求1所述的stewart波浪补偿平台的控制方法，其特征在于，所述步骤s4采用：
8.根据权利要求1所述的stewart波浪补偿平台的控制方法，其特征在于，所述步骤s5采用：
9.一种stewart波浪补偿平台的控制系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的stewart波浪补偿平台的控制系统，其特征在于，所述模块m1采用：
