CN111930013A - 一种激光雷达扫描机构的滑模控制方法及系统 - Google Patents

一种激光雷达扫描机构的滑模控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

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。

Description

一种激光雷达扫描机构的滑模控制方法及系统
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：
Figure BDA0002604012220000021
其中，
Figure BDA0002604012220000022
表示跟踪误差，
Figure BDA0002604012220000023
表示期望轨迹，
Figure BDA0002604012220000024
表示关节变量，sign(·)为符号函数，
Figure BDA0002604012220000025
为
Figure BDA0002604012220000026
对时间的导数，k1,k2为常数，且满足k1>k2，0<p<q<1,r>2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。
进一步地，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，包括：
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，所述固定时间收敛的二阶滑模控制器的二阶滑模控制规律为：
Figure BDA0002604012220000027
其中，D,C,G分别表示
Figure BDA0002604012220000028
λ1，λ2，α，m为常数，函数sigk(·)＝|·|k sign(·)，
Figure BDA0002604012220000029
为广义惯性矩阵，
Figure BDA00026040122200000210
为向心力与科里奥利力矩阵，
Figure BDA00026040122200000211
为重力。
进一步地，所述k1，k2，λ1需满足如下条件，以使所述激光雷达扫描机构从任意初始位置出发时，能在固定时间内跟踪所述被测目标大气：
Figure BDA0002604012220000031
Figure BDA0002604012220000032
Figure BDA0002604012220000033
进一步地，所述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，包括：
根据所述关节坐标系对应的DH参数，建立所述激光雷达扫描机构的正运动学方程；
根据所述激光雷达扫描机构的正运动学方程和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。
进一步地，所述根据所述激光雷达扫描机构的正运动学方程和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，包括：
基于所述激光雷达扫描机构的正运动学方程，利用Newton-Euler方法进行前行迭代和后向迭代，得到激光雷达扫描机构的力矩-关节角动力学模型；
将所述激光雷达扫描机构的动力参数代入所述力矩-关节角动力学模型，得到所述力矩-关节角动力学方程。
进一步地，所述激光雷达扫描机构的力矩包括电机施加于所述方位旋转关节B1的力矩τ1和俯仰旋转关节B2的力矩τ2，所述方位旋转关节B1的关节角为θ1，所述俯仰旋转关节B2的关节角为θ2；
所述激光雷达扫描机构的力矩-关节角动力学方程为：
Figure BDA0002604012220000041
其中，
Figure BDA0002604012220000042
表示
Figure BDA0002604012220000043
对时间的一阶导数，
Figure BDA0002604012220000044
表示
Figure BDA0002604012220000045
对时间的二阶导数。
进一步地，所述广义惯性矩阵
Figure BDA0002604012220000046
所述向心力与科里奥利力矩阵，
Figure BDA0002604012220000047
所述重力
Figure BDA0002604012220000048
表示
Figure BDA0002604012220000049
对时间的一阶导数，
Figure BDA00026040122200000410
表示
Figure BDA00026040122200000411
对时间的一阶导数。
进一步地，所述方位旋转关节B1在竖直平面内转动，所述俯仰旋转关节B2在水平面内转动。
另一方面，采用一种激光雷达扫描机构的滑模控制系统，包括激光雷达扫描机构和控制器，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B3，基座B0、方位旋转关节B1和俯仰旋转关节B2依次转动连接；
所述控制器包括坐标系建立模块、动力学方程建立模块和滑模控制模块，其中：
坐标系建立模块用于利用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；
动力学方程建立模块用于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；
滑模控制模块用于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。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明通过在激光雷达扫描机构的动力学方程基础上，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，构造固定时间收敛的滑模面，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，使得激光雷达扫描机构从任意位置出发时，均能在固定时间内跟踪上被测目标，并且兼具二阶滑模抗抖振的优点。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是激光雷达扫描机构的滑模控制方法的流程示意图；
图2是激光雷达扫描机构的结构示意图；
图3是激光雷达扫描机构的形心结构示意图；
图4是激光雷达扫描机构的D-H连杆坐标系结构示意图；
图5是激光雷达扫描机构的滑模控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1所示，本实施例公开了一种激光雷达扫描机构的滑模控制方法，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，该控制方法包括如下步骤S1至S3：
S1、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；
S2、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；
S3、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，得到电机施加于所述激光雷达扫描机构的力矩。
具体地，如图2-图4所示，方位旋转关节和俯仰旋转关节自身均包含了电机、驱动、传动装置，将电机作为执行机构带动方位旋转关节和俯仰旋转关节旋转。在上述步骤S1中：以基座B0、方位旋转关节B1和俯仰旋转关节B2分别作为关节点，基座B0、方位旋转关节B1以方位旋转轴进行转动，俯仰旋转关节B2以俯仰旋转轴进行转动，采用Denavit-Hartenberg(DH)法建立三个关节点的三维坐标系。如图4所示，方位旋转关节B1在竖直平面内转动，所述俯仰旋转关节B2在水平面内转动，将基座B0和方位旋转关节B1之间的转动连接点作为第一坐标系的坐标原点O0，将方位旋转轴和俯仰旋转轴的交点作为第二坐标系原点O1，将俯仰旋转轴上的一点作为第三坐标系的原点O2。
S0、S1和S2分别是B0、B1和B2的质心位置，θ1和θ2为关节角，其分别表示方位旋转关节的方位角和俯仰旋转关节的俯仰角；τ1和τ2分别表示电机施加于方位旋转关节B1的力矩和电机施加于俯仰旋转关节B2的力矩；O0 O1之间的距离为d1，O1O2之间的距离为d2。
将B1至安装在B1上用于驱动B2的电机之间的连线作为第一连杆，将B2本体作为第二连杆，根据各关节之间的连杆参数得到所建坐标系对应的DH参数表，如表1所示：
表1
Figure BDA0002604012220000061
表中，a1为轴zi与轴zi-1的公垂线的长度，αi为轴zi-1与zi轴之间的夹角，当绕轴xi逆时针转动时为正；di为轴zi与轴zi-1的公垂线与轴zi-1的交点沿轴zi-1的坐标；θi为轴xi-1与轴xi之间的夹角，当绕轴zi-1逆时针转动时为正。
具体地，上述步骤S2：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，具体包括如下细分步骤S21至S22：
S21、根据所述关节坐标系对应的DH参数，建立所述激光雷达扫描机构的正运动学方程。
根据上述表1中的参数，建立激光雷达扫描机构的正运动学方程如下：
Figure BDA0002604012220000071
其中，
Figure BDA0002604012220000072
表示从O0之坐标系到O1坐标系的齐次变换矩阵；
Figure BDA0002604012220000073
分别表示cosθ1、cosθ2，
Figure BDA0002604012220000074
分别表示sinθ1、sinθ2，
Figure BDA0002604012220000075
表示O0坐标系到O1坐标系的一步齐次变换矩阵，
Figure BDA0002604012220000076
表示O1坐标系到O2坐标系的一步齐次变换矩阵。
S22、根据所述激光雷达扫描机构的正运动学方程和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。
具体地，其包括如下步骤S221至S222：
S221、基于所述激光雷达扫描机构的正运动学方程，利用Newton-Euler方法进行前行迭代和后向迭代，得到激光雷达扫描机构的力矩-关节角动力学模型。
根据Newton-Euler方法，前向递推公式为：
Figure BDA0002604012220000081
Figure BDA0002604012220000082
Figure BDA0002604012220000083
Figure BDA0002604012220000084
其中，
Figure BDA0002604012220000085
表示Bi的角速度，
Figure BDA0002604012220000086
表示Bi-1的角速度，
Figure BDA00026040122200000830
表示坐标系i的z轴方向的单位向量，
Figure BDA0002604012220000087
表示坐标系i-1的z轴方向的单位向量，
Figure BDA0002604012220000088
表示绕zi-1轴的角速度，
Figure BDA0002604012220000089
表示Oi的加速度，
Figure BDA00026040122200000810
表示Oi-1的加速度，
Figure BDA00026040122200000811
表示Bi的角加速度，
Figure BDA00026040122200000812
表示i向
Figure BDA00026040122200000813
表示Si的加速度，
Figure BDA00026040122200000814
表示向量
Figure BDA00026040122200000815
Figure BDA00026040122200000816
表示电机转子的角加速度，kri为齿轮减速比，
Figure BDA00026040122200000817
为转子转轴的方向的单位向量，
Figure BDA00026040122200000818
表示
Figure BDA00026040122200000819
的二阶导数。
后向递推公式为
Figure BDA00026040122200000820
Figure BDA00026040122200000821
Figure BDA00026040122200000822
其中，
Figure BDA00026040122200000823
表示连杆i-1对连杆i施加的作用力，
Figure BDA00026040122200000824
表示连杆i对连杆i+1施加的作用力，mi表示Bi的质量，
Figure BDA00026040122200000825
表示连杆i-1对连杆i关于坐标系i-1原点Oi-1的力矩，
Figure BDA00026040122200000826
表示连杆i对连杆i+1关于坐标系i原点Oi的力矩，
Figure BDA00026040122200000827
表示Bi关于坐标系i的惯性张量矩阵，
Figure BDA00026040122200000828
和
Figure BDA00026040122200000829
表示转子绕转轴的转动惯量，
Figure BDA0002604012220000091
表示Bi+1转子转轴的单位向量，kr,i+1为齿轮减速比，
Figure BDA0002604012220000092
表示绕zi轴的角速度，
Figure BDA0002604012220000093
表示绕zi轴角加速度，
Figure BDA0002604012220000094
为
Figure BDA0002604012220000095
在坐标系i的z轴上的分量即力矩，
Figure BDA0002604012220000096
表示
Figure BDA0002604012220000097
的转置，
Figure BDA0002604012220000098
表示连杆i-1对连杆i关于坐标系i-1原点Oi-1的力矩，
Figure BDA0002604012220000099
表示
Figure BDA00026040122200000910
的转置。
S222、将所述激光雷达扫描机构的动力参数代入所述力矩-关节角动力学模型，得到所述力矩-关节角动力学方程。
具体地，假设在当前连杆坐标系中的坐标中，激光雷达扫描机构的动力参数包括m1＝100，m2＝46.5，r0,1＝0.18，r1,2＝0.4，
Figure BDA00026040122200000911
Figure BDA00026040122200000912
代入激光雷达扫描机构的参数进行推导，得到激光雷达扫描机构的动力学方程为：
Figure BDA00026040122200000913
Figure BDA00026040122200000914
令
Figure BDA00026040122200000915
将所述力矩-关节角动力学方程转换为：
Figure BDA00026040122200000916
式中：
Figure BDA00026040122200000917
为广义惯性矩阵，
Figure BDA00026040122200000918
Figure BDA00026040122200000919
为向心力与科里奥利力矩阵，
Figure BDA00026040122200000920
Figure BDA0002604012220000101
具体地，上述步骤S3：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，得到电机施加于所述激光雷达扫描机构的力矩，包括如下细分步骤S31至S32：
S31、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：
Figure BDA0002604012220000102
其中，
Figure BDA00026040122200001012
表示跟踪误差，
Figure BDA0002604012220000103
表示期望轨迹，
Figure BDA0002604012220000104
表示关节变量，sign(·)为符号函数，
Figure BDA0002604012220000105
为
Figure BDA0002604012220000106
对时间的导数，k1,k2为常数，且满足k1>k2，0<p<q<1,r>2为常数；
S32、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，所述固定时间收敛的二阶滑模控制器的二阶滑模控制规律为：
Figure BDA0002604012220000107
其中，D,C,G分别表示
Figure BDA0002604012220000108
λ1，λ2，α，m为常数，函数sigk(·)＝|·|k sign(·)，
Figure BDA0002604012220000109
为广义惯性矩阵，
Figure BDA00026040122200001010
为向心力与科里奥利力矩阵，
Figure BDA00026040122200001011
为重力。
本实施例通过设计一种新型的非奇异固定时间收敛的滑模面，并应用固定时间收敛的二阶滑模算法，使得激光雷达扫描机构从任意初始位置出发，都能在固定的时间内跟踪上被测目标大气，从而获取大气成分的浓度成分，并且跟踪过程兼具了二阶滑模抗抖振的优点，得激光雷达扫描机构能够准确、稳定的跟踪目标。
需要说明的是，本实施例中设计的是一种终端滑模，本滑模控制方法在滑模控制的到达段和滑模段均有固定时间收敛的特点，即系统的收敛时间与系统的初始状态无关，并且通过设计控制参数，该收敛时间在理论上可以无限逼近到0。此外本方案还将固定时间收敛应用于二阶滑模，并且实现全局的稳定，所设计的滑模面应用于二阶滑模控制算法时可以避免奇异，这样便兼具了二阶滑模控制的抗抖振能力。
本实施例中的这种将全局固定时间收敛与二阶滑模控制相结合的设计，兼具二阶滑模控制和固定时间滑模控制的优点，即抗抖振和快速性。
本实施例与公开号为CN110007599A的中国发明专利所记载的技术方案相比，CN110007599A所记载的技术方案为pid控制，其滑模控制为一阶滑模，而本方案属于终端滑模，滑模控制为二阶滑模，本方案的收敛时间可以定量计算，并且可以根据预给定的时间来设计控制律。CN110007599A是通过将滑模面作来实现抗抖振，本方案则是通过二阶滑模来达到抗抖振的目的。
进一步，为了实现全局的固定时间收敛，所述k1，k2，λ1需满足如下条件，以使所述激光雷达扫描机构从任意初始位置出发时，能在固定时间内跟踪所述被测目标大气：
Figure BDA0002604012220000111
Figure BDA0002604012220000112
Figure BDA0002604012220000113
在满足上述条件的情况下，从任意初始位置出发，都能在固定的时间内跟踪上被测目标，通过增大k2，
Figure BDA0002604012220000121
和λ1，可以继续减小改时间上界。
如图5所示，本实施例公开了一种激光雷达扫描机构的滑模控制系统，包括激光雷达扫描机构10和控制器20，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B3，基座B0、方位旋转关节B1和俯仰旋转关节B2依次转动连接；
所述控制器20包括坐标系建立模块21、动力学方程建立模块22和滑模控制模块23，其中：
坐标系建立模块21用于利用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；
动力学方程建立模块22用于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；
滑模控制模块23用于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。
需要说明的是，本实施例公开的一种激光雷达扫描机构的自适应积分滑模控制系统与上述实施例公开的激光雷达扫描机构的自适应积分滑模控制方法相对应，具体技术方案的实现及效果参见上述方法实施例中的描述，该处不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达扫描机构的滑模控制方法，其特征在于，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。
2.如权利要求1所述的激光雷达扫描机构的滑模控制方法，其特征在于，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：
Figure FDA0002604012210000011
其中，
Figure FDA0002604012210000012
表示跟踪误差，
Figure FDA0002604012210000013
Figure FDA0002604012210000014
表示期望轨迹，
Figure FDA0002604012210000015
表示关节变量，sign(·)为符号函数，
Figure FDA0002604012210000016
为
Figure FDA0002604012210000017
对时间的导数，k1,k2为常数，且满足k1>k2，0<p<q<1,r>2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。
3.如权利要求1所述的激光雷达扫描机构的滑模控制方法，其特征在于，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，包括：
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，所述固定时间收敛的二阶滑模控制器的二阶滑模控制规律为：
Figure FDA0002604012210000021
其中，D,C,G分别表示
Figure FDA0002604012210000022
λ1，λ2，α，m为常数，函数sigk(·)＝|·|ksign(·)，
Figure FDA0002604012210000023
为广义惯性矩阵，
Figure FDA0002604012210000024
为向心力与科里奥利力矩阵，
Figure FDA0002604012210000025
为重力。
4.如权利要求2或3所述的激光雷达扫描机构的滑模控制方法，其特征在于，所述k1，k2，λ1需满足如下条件，以使所述激光雷达扫描机构从任意初始位置出发时，能在固定时间内跟踪所述被测目标大气：
Figure FDA0002604012210000026
Figure FDA0002604012210000027
Figure FDA0002604012210000028
5.如权利要求1所述的激光雷达扫描机构的滑模控制方法，其特征在于，所述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，包括：
根据所述关节坐标系对应的DH参数，建立所述激光雷达扫描机构的正运动学方程；
根据所述激光雷达扫描机构的正运动学方程和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。
6.如权利要求5所述的激光雷达扫描机构的滑模控制方法，其特征在于，所述根据所述激光雷达扫描机构的正运动学方程和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，包括：
基于所述激光雷达扫描机构的正运动学方程，利用Newton-Euler方法进行前行迭代和后向迭代，得到激光雷达扫描机构的力矩-关节角动力学模型；
将所述激光雷达扫描机构的动力参数代入所述力矩-关节角动力学模型，得到所述力矩-关节角动力学方程。
7.如权利要求6所述的激光雷达扫描机构的滑模控制方法，其特征在于，所述激光雷达扫描机构的力矩包括电机施加于所述方位旋转关节B1的力矩τ1和俯仰旋转关节B2的力矩τ2，所述方位旋转关节B1的关节角为θ1，所述俯仰旋转关节B2的关节角为θ2；
所述激光雷达扫描机构的力矩-关节角动力学方程为：
Figure FDA0002604012210000031
其中，
Figure FDA0002604012210000032
Figure FDA0002604012210000033
表示
Figure FDA0002604012210000034
对时间的一阶导数，
Figure FDA0002604012210000035
表示
Figure FDA0002604012210000036
对时间的二阶导数。
8.如权利要求7所述的激光雷达扫描机构的滑模控制方法，其特征在于，所述广义惯性矩阵
Figure FDA0002604012210000037
所述向心力与科里奥利力矩阵，
Figure FDA0002604012210000038
所述重力
Figure FDA0002604012210000039
Figure FDA00026040122100000310
表示
Figure FDA00026040122100000311
对时间的一阶导数，
Figure FDA00026040122100000312
表示θ2对时间的一阶导数。
9.如权利要求1所述的激光雷达扫描机构的滑模控制方法，其特征在于，所述方位旋转关节B1在竖直平面内转动，所述俯仰旋转关节B2在水平面内转动。
10.一种激光雷达扫描机构的滑模控制系统，其特征在于，包括激光雷达扫描机构和控制器，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B3，基座B0、方位旋转关节B1和俯仰旋转关节B2依次转动连接；
所述控制器包括坐标系建立模块、动力学方程建立模块和滑模控制模块，其中：
坐标系建立模块用于利用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；
动力学方程建立模块用于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；
滑模控制模块用于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。
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