[发明专利]一种光电二维反射镜的动力学仿真验证方法

说明书

本发明提供一种光电二维反射镜的动力学仿真验证方法，方法包括：在simscape仿真软件中构建光电二维反射镜结构模型，所述光电二维反射镜结构模型为两连杆机械臂结构；分别设定每一个机械臂上旋转轴的运动轨迹参数，通过仿真输出每一个旋转轴的力学信息；将通过仿真输出的每一个旋转轴的力学信息与对应的理论力学信息进行比对，根据比对结果确定仿真的正确性。本发明借助于simscape中丰富的物理组件模型，可实现快速搭建物理模型，简化数学建模的数学公式推导过程，帮助测试控制系统性能，控制算法的仿真以及优化，并且基于simscape的二维反射镜动力学仿真可以生成可视化仿真界面，使得控制更加生动形象。

技术领域

本发明涉及运动控制领域，更具体地，涉及一种光电二维反射镜的动力学仿真验证方法。

背景技术

常见的光电二维反射镜具有方位和俯仰两个轴系，且相互垂直，在俯仰轴上安装一个光电二维反射镜。控制方位俯仰电机可以实现光电设备的搜索、警戒以及跟踪功能，相比传统的光电设备，二维反射镜结构具有结构尺寸小，转动惯量小等优点，因此在光电设备中广泛应用。

由于目前国内对光电设备的伺服性能要求越来越高，因此传统的基于误差反馈的PID控制无法满足更高精度的控制，因此对光电二维反射镜提出基于模型的控制。

基于模型的控制必须要建立精确的动力学模型，然而影响动力学模型的因素有很多，目前牛顿欧拉法，拉格朗日能量方程法等是目前最常见的动力学方程解算方法，这些动力学方程解算方法均比较复杂。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种光电二维反射镜的动力学仿真验证方法，包括：在simscape仿真软件中构建光电二维反射镜结构模型，所述光电二维反射镜结构模型为两连杆机械臂结构；分别设定每一个机械臂上旋转轴的运动轨迹参数，通过仿真输出每一个旋转轴的力学信息；将通过仿真输出的每一个旋转轴的力学信息与对应的理论力学信息进行比对，根据比对结果确定仿真的正确性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，每一个机械臂能简化为一个刚体模型和一个旋转轴模型，所述在simscape仿真软件中构建光电二维反射镜结构模型包括：在simscape仿真软件的Body组件中构建刚体模型，并设置所述刚体模型的质量、惯性张量和质心位置；在simscape仿真软件的Revolute Joint组件中构建旋转轴模型，并设定所述旋转轴模型的旋转方向。

可选的，所述旋转轴包括方位轴和俯仰轴。

可选的，所述分别设定每一个机械臂上旋转轴的运动轨迹参数，通过仿真输出每一个旋转轴的力学信息包括：在simscape仿真软件的JointActuator组件中分别设定所述方位轴和俯仰轴的速度、角速度和角加速度；通过Joint Sensor组件输出所述方位轴和所述俯仰轴的力矩大小。

可选的，所述将通过仿真输出的每一个旋转轴的力学信息与对应的理论力学信息进行比对，根据比对结果确定仿真的正确性之前还包括：建立每一个旋转轴与方位轴和俯仰轴的驱动力之间的动力学模型：

其中，ⁱn_i代表机械臂i在i坐标系的驱动力，ⁱw_i代表机械臂i在i坐标系的角速度，代表机械臂i在i坐标系的角加速度，代表机械臂i在i坐标系的线加速度，代表第i和i+1机械臂的姿态旋转矩阵，^ioI_i代表机械臂i在i坐标系原点的惯性张量，ⁱp_i+1代表第i与机械臂i+1坐标原点的距离向量，ⁱr_ci代表关节i在i机械臂坐标系下的质心向量，ⁱ⁺¹f_i+1代表机械臂i+1对关节i的作用力；

其中，俯仰轴属于末端机械臂，存在：