[發明專利]一種激光雷達掃描機構的滑模控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010733307.8
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111930013B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 康宇;陳才;楊鈺瀟;盧峻森;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;G01S7/481;G01S17/95
• 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；

建立固定時間收斂的滑模面，并建立固定時間收斂的二階滑模控制器，以控制所述激光雷達掃描機構對被測目標大氣運動軌跡進行跟蹤；

所述建立固定時間收斂的滑模面，并建立固定時間收斂的二階滑模控制器，以控制所述激光雷達掃描機構對被測目標大氣運動軌跡進行跟蹤，包括：

利用所述激光雷達掃描機構的期望軌跡與所述激光雷達掃描機構的關節變量的差值作為跟蹤誤差，建立所述固定時間收斂的滑模面為：

其中，表示跟蹤誤差，表示期望軌跡，表示關節變量，sign(·)為符號函數，為對時間的導數，k₁,k₂為常數，且滿足k₁k₂，0pq1,r2為常數；

基于所述固定時間收斂的滑模面，建立所述固定時間收斂的二階滑模控制器，以控制所述激光雷達掃描機構對被測目標大氣運動軌跡進行跟蹤。

2.如權利要求1所述的激光雷達掃描機構的滑模控制方法，其特征在于，基于所述固定時間收斂的滑模面，建立所述固定時間收斂的二階滑模控制器，以控制所述激光雷達掃描機構對被測目標大氣運動軌跡進行跟蹤，包括：

基于所述固定時間收斂的滑模面，建立所述固定時間收斂的二階滑模控制器，所述固定時間收斂的二階滑模控制器的二階滑模控制規律為：

其中，D,C,G分別表示λ₁，λ₂，α，m為常數，函數sig^k(·)＝|·|^ksign(·)，為廣義慣性矩陣，為向心力與科里奧利力矩陣，為重力。

3.如權利要求1或2所述的激光雷達掃描機構的滑模控制方法，其特征在于，所述k₁，k₂，λ₁需滿足如下條件，以使所述激光雷達掃描機構從任意初始位置出發時，能在固定時間內跟蹤所述被測目標大氣：

4.如權利要求1所述的激光雷達掃描機構的滑模控制方法，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。

5.如權利要求4所述的激光雷達掃描機構的滑模控制方法，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。