[发明专利]一种激光雷达扫描机构的滑模控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种激光雷达扫描机构的滑模控制方法及系统，属于大气污染排放检测技术领域，包括：激光雷达扫描机构包括基座B₀、方位旋转关节B₁和俯仰旋转关节B₂，基座B₀、方位旋转关节B₁和俯仰旋转关节B₂依次转动连接，该方法包括：利用DH建模方法，以基座B₀、方位旋转关节B₁和俯仰旋转关节B₂作为关节点，分别建立关节坐标系；根据所建立的关节坐标系以及激光雷达扫描机构动力参数，建立所述激光雷达扫描机构的力矩‑关节角动力学方程；建立固定时间收敛的滑模面，并建立固定时间收敛的二阶滑模控制器，以控制所述激光雷达扫描机构对被测目标大气运动轨迹进行跟踪。实现激光雷达从任意位置出发均能在固定时间内跟踪被测目标。

技术领域

本发明涉及大气污染排放检测技术领域，特别涉及一种激光雷达扫描机构的滑模控制方法及系统。

背景技术

大气污染已愈发引起人们的重视，随着纯电动汽车、混合动力汽车的推广，大气污染的因素中，诸如挖掘机、推土机、压路机等建筑工程所用的工程车辆，以及各种船舶等，这些城市非道路污染源对大气污染的影响越来越大，因此，加大对此类非道路污染源的排放监察迫在眉睫。

目前，非道路移动污染源的排放监测方面，由于无法安装光学反射装置，必须采用大气污染气体监测激光雷达，进行被动式扫描观测，即通过向大气中发射特定波长的激光，采集并分析与大气介质发生物理作用后的散射光谱，来获取大气成分的浓度信息。

由于大气测污激光雷达测量光程距离长、检测区域面积小，人工对观测目标进行定位非常困难，所以需要激光雷达能够自动随动来跟踪被测目标。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术所存在的缺陷，以使激光雷达扫描机构从任意初始位置出发，都能在固定时间内跟踪上被测目标。

为实现以上目的，本发明采用一种激光雷达扫描机构的滑模控制方法，所述激光雷达扫描机构包括基座B₀、方位旋转关节B₁和俯仰旋转关节B₂，基座B₀、方位旋转关节B₁和俯仰旋转关节B₂依次转动连接，该方法包括：

利用DH建模方法，以基座B₀、方位旋转关节B₁和俯仰旋转关节B₂作为关节点，分别建立关节坐标系；

根据所建立的关节坐标系以及所述激光雷达扫描机构动力参数，建立所述激光雷达扫描机构的力矩-关节角动力学方程；

建立固定时间收敛的滑模面，并建立固定时间收敛的二阶滑模控制器，以控制所述激光雷达扫描机构对被测目标大气运动轨迹进行跟踪。

进一步地，所述建立固定时间收敛的滑模面，并建立固定时间收敛的二阶滑模控制器，以控制所述激光雷达扫描机构对被测目标大气运动轨迹进行跟踪，包括：

利用所述激光雷达扫描机构的期望轨迹与所述激光雷达扫描机构的关节变量的差值作为跟踪误差，建立所述固定时间收敛的滑模面为：

其中，表示跟踪误差，表示期望轨迹，表示关节变量，sign(·)为符号函数，为对时间的导数，k₁,k₂为常数，且满足k₁k₂，0pq1,r2为常数；

基于所述固定时间收敛的滑模面，建立所述固定时间收敛的二阶滑模控制器，以控制所述激光雷达扫描机构对被测目标大气运动轨迹进行跟踪。