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

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010733307.8
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN111930013B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 康宇;陳才;楊鈺瀟;盧峻森;呂文君
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 34115
• 代理人: 金凱

本發(fā)明公開了一種激光雷達掃描機構(gòu)的滑模控制方法及系統(tǒng)，屬于大氣污染排放檢測技術(shù)領(lǐng)域，包括：激光雷達掃描機構(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，分別建立關(guān)節(jié)坐標系；根據(jù)所建立的關(guān)節(jié)坐標系以及激光雷達掃描機構(gòu)動力參數(shù)，建立所述激光雷達掃描機構(gòu)的力矩?關(guān)節(jié)角動力學(xué)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(gòu)對被測目標大氣運動軌跡進行跟蹤。實現(xiàn)激光雷達從任意位置出發(fā)均能在固定時間內(nèi)跟蹤被測目標。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大氣污染排放檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種激光雷達掃描機構(gòu)的滑模控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

大氣污染已愈發(fā)引起人們的重視，隨著純電動汽車、混合動力汽車的推廣，大氣污染的因素中，諸如挖掘機、推土機、壓路機等建筑工程所用的工程車輛，以及各種船舶等，這些城市非道路污染源對大氣污染的影響越來越大，因此，加大對此類非道路污染源的排放監(jiān)察迫在眉睫。

目前，非道路移動污染源的排放監(jiān)測方面，由于無法安裝光學(xué)反射裝置，必須采用大氣污染氣體監(jiān)測激光雷達，進行被動式掃描觀測，即通過向大氣中發(fā)射特定波長的激光，采集并分析與大氣介質(zhì)發(fā)生物理作用后的散射光譜，來獲取大氣成分的濃度信息。

由于大氣測污激光雷達測量光程距離長、檢測區(qū)域面積小，人工對觀測目標進行定位非常困難，所以需要激光雷達能夠自動隨動來跟蹤被測目標。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，以使激光雷達掃描機構(gòu)從任意初始位置出發(fā)，都能在固定時間內(nèi)跟蹤上被測目標。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用一種激光雷達掃描機構(gòu)的滑模控制方法，所述激光雷達掃描機構(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，分別建立關(guān)節(jié)坐標系；

根據(jù)所建立的關(guān)節(jié)坐標系以及所述激光雷達掃描機構(gòu)動力參數(shù)，建立所述激光雷達掃描機構(gòu)的力矩-關(guān)節(jié)角動力學(xué)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(gòu)對被測目標大氣運動軌跡進行跟蹤。

進一步地，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(gòu)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(gòu)的期望軌跡與所述激光雷達掃描機構(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(·)為符號函數(shù)，為對時間的導(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(gòu)對被測目標大氣運動軌跡進行跟蹤。