[發明專利]一種激光雷達掃描機構的自適應積分滑模控制方法及系統

有效

• 申請號: 201910326969.0
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110007599B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 康宇;楊鈺瀟;盧峻森;陳才;呂文君
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G01S17/88
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 金凱

1.一種激光雷達掃描機構的自適應積分滑模控制方法，其特征在于，所述激光雷達掃描機構包括基座B₀、方位旋轉關節B₁和俯仰旋轉關節B₂，基座B₀、方位旋轉關節B₁和俯仰旋轉關節B₂依次轉動連接，該方法包括：

利用DH建模方法，以基座B₀、方位旋轉關節B₁和俯仰旋轉關節B₂作為關節點，分別建立關節坐標系；

根據所建立的關節坐標系以及所述激光雷達掃描機構動力參數，建立所述激光雷達掃描機構的力矩-關節角動力學方程；

建立滑模角度控制器以對所述關節角實際角度進行調節，得到電機施加于所述激光雷達掃描機構的力矩，其中，滑模角度控制規律為：

其中，表示期望角加速度，K_D表示滑模控制規律的比例系數，表示跟蹤誤差e的導數，K_p表示滑模控制規律的積分系數，比例項K_pe用于加快系統跟蹤的動態響應，積分項用于消除系統跟蹤的穩態誤差，K(s)表示動態增益，表示的估計值，t為時間變量，表示正對角增益矩陣，τ＝(τ₁?τ₂)^T，τ₁和τ₂分別表示電機施加于方位旋轉關節B₁的力矩和電機施加于俯仰旋轉關節B₂的力矩，s表示積分滑模面；

其中，還包括對所述采用時延估計，則所述轉換為：

相應地，所述滑模角度控制規律為：

其中，L表示采樣時間，τ_t-L表示τ在時刻t前L時間的值，表示在t時刻前L時間的值。

2.如權利要求1所述的激光雷達掃描機構的自適應積分滑模控制方法，其特征在于，所述根據所建立的關節坐標系以及所述激光雷達掃描機構動力參數，建立所述激光雷達掃描機構的力矩-關節角動力學方程，包括：

根據所述關節坐標系對應的DH參數，建立所述激光雷達掃描機構的正運動學方程；

根據所述激光雷達掃描機構的正運動學方程和所述激光雷達掃描機構動力參數，建立所述激光雷達掃描機構的力矩-關節角動力學方程。

3.如權利要求2所述的激光雷達掃描機構的自適應積分滑模控制方法，其特征在于，所述根據所述激光雷達掃描機構的正運動學方程和所述激光雷達掃描機構動力參數，建立所述激光雷達掃描機構的力矩-關節角動力學方程，包括：

基于所述激光雷達掃描機構的正運動學方程，利用Newton-Euler方法進行前行迭代和后向迭代，得到激光雷達掃描機構的力矩-關節角動力學模型；

將所述激光雷達掃描機構的動力參數代入所述力矩-關節角動力學模型，得到所述力矩-關節角動力學方程。

4.如權利要求1或2或3所述的激光雷達掃描機構的自適應積分滑模控制方法，其特征在于，所述激光雷達掃描機構的力矩包括電機施加于所述方位旋轉關節B₁的力矩τ₁和俯仰旋轉關節B₂的力矩τ₂，所述方位旋轉關節B₁的關節角為θ₁，所述俯仰旋轉關節B₂的關節角為θ₂；

在建立所述激光雷達掃描機構的力矩-關節角動力學方程之后，還包括：

令τ＝(τ₁?τ₂)^T，q＝(θ₁?θ₂)^T，將所述力矩-關節角動力學方程轉換為：

其中，M(q)為廣義慣性矩陣，為向心力與科里奧利力矩陣，G(q)為重力，τ_d為外部擾動，表示正對角增益矩陣，表示關節角速度，表示關節角加速度。