[發(fā)明專利]一種激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的滑模控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010733307.8
• 申請(qǐng)日: 2020-07-27
• 公開（公告）號(hào): CN111930013B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康宇;陳才;楊鈺瀟;盧峻森;呂文君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04;G01S7/481;G01S17/95
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙) 34115
• 代理人: 金凱

1.一種激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的滑模控制方法，其特征在于，所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)包括基座B₀、方位旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B₁和俯仰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B₂，基座B₀、方位旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B₁和俯仰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B₂依次轉(zhuǎn)動(dòng)連接，該方法包括：

利用DH建模方法，以基座B₀、方位旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B₁和俯仰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)B₂作為關(guān)節(jié)點(diǎn)，分別建立關(guān)節(jié)坐標(biāo)系；

根據(jù)所建立的關(guān)節(jié)坐標(biāo)系以及所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)，建立所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的力矩-關(guān)節(jié)角動(dòng)力學(xué)方程；

建立固定時(shí)間收斂的滑模面，并建立固定時(shí)間收斂的二階滑模控制器，以控制所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)對(duì)被測(cè)目標(biāo)大氣運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤；

所述建立固定時(shí)間收斂的滑模面，并建立固定時(shí)間收斂的二階滑模控制器，以控制所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)對(duì)被測(cè)目標(biāo)大氣運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤，包括：

利用所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的期望軌跡與所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)變量的差值作為跟蹤誤差，建立所述固定時(shí)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(guān)節(jié)變量，sign(·)為符號(hào)函數(shù)，為對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，k₁,k₂為常數(shù)，且滿足k₁k₂，0pq1,r2為常數(shù)；

基于所述固定時(shí)間收斂的滑模面，建立所述固定時(shí)間收斂的二階滑模控制器，以控制所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)對(duì)被測(cè)目標(biāo)大氣運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤。

2.如權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的滑模控制方法，其特征在于，基于所述固定時(shí)間收斂的滑模面，建立所述固定時(shí)間收斂的二階滑模控制器，以控制所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)對(duì)被測(cè)目標(biāo)大氣運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤，包括：

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

其中，D,C,G分別表示λ₁，λ₂，α，m為常數(shù)，函數(shù)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(quán)利要求1或2所述的激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)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(dá)掃描機(jī)構(gòu)從任意初始位置出發(fā)時(shí)，能在固定時(shí)間內(nèi)跟蹤所述被測(cè)目標(biāo)大氣：

4.如權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的滑模控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所建立的關(guān)節(jié)坐標(biāo)系以及所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)，建立所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的力矩-關(guān)節(jié)角動(dòng)力學(xué)方程，包括：

根據(jù)所述關(guān)節(jié)坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)的DH參數(shù)，建立所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；

根據(jù)所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)，建立所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的力矩-關(guān)節(jié)角動(dòng)力學(xué)方程。

5.如權(quán)利要求4所述的激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的滑模控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)動(dòng)力參數(shù)，建立所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的力矩-關(guān)節(jié)角動(dòng)力學(xué)方程，包括：

基于所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，利用Newton-Euler方法進(jìn)行前行迭代和后向迭代，得到激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的力矩-關(guān)節(jié)角動(dòng)力學(xué)模型；

將所述激光雷達(dá)掃描機(jī)構(gòu)的動(dòng)力參數(shù)代入所述力矩-關(guān)節(jié)角動(dòng)力學(xué)模型，得到所述力矩-關(guān)節(jié)角動(dòng)力學(xué)方程。