[发明专利]非道路移动污染源监测激光雷达的动态混合跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种非道路移动污染源监测激光雷达的动态混合跟踪控制方法，采用滑模控制和非线性PID控制算法分别跟踪参考的角度，角速度，并且将滑模控制算法的输出作为非线性PID控制算法的输入，构成外环和内环。该控制方法在处理系统模型的不确定性和系统的耦合效应时具有很强的鲁棒性。其中，非线性PID算法考虑了角速度反馈，缓解了传统PID积分饱和，调参困难的问题；滑模控制则保证了对外部干扰的鲁棒性。相比于传统PID控制和位置‑速度环级联控制，本动态混合控制方法在瞬态误差，稳态误差和面对外部干扰的调节能力上均具有更好的性能，降低了控制成本，提高了控制效率。

技术领域

本发明涉及大气污染排放检测技术领域，尤其涉及一种非道路移动污染源监测激光雷达的动态混合跟踪控制方法。

背景技术

当前我国大气环境形势严峻，污染物排放总量大，以细颗粒物为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出。频繁发生的灰霾等区域性大气污染问题，与机动车、工程车辆、船舶等城市移动污染源尾气的不达标排放密切相关。移动源污染已经成为中国大气污染问题中最突出、最紧迫的问题之一。融合各种检测技术，对城市移动污染源排放进行综合监测是控制移动源污染的直接有效手段。

在船舶等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，必须采用被动式扫描观测系统，即船舶废气监测激光雷达，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。然而这种监测分析方法测量光程距离长、检测区域面积小，观测目标的自动定位非常困难，而且在观测系统的随动过程中，微小振动就会带来极大的检测误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种非道路移动污染源监测激光雷达的动态混合跟踪控制方法，能够使得激光雷达快速、稳定地跟踪目标，并且对外部干扰具有自适应能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种非道路移动污染源监测激光雷达的动态混合跟踪控制方法，包括：

建立所述非道路移动污染源监测激光雷达的D-H连杆坐标系；

根据所述D-H连杆坐标系对应的DH参数表，对非道路移动污染源监测激光雷达进行运动学分析，并建立正运动学方程；

根据运动学分析结果与所述正运动学方程，建立非道路移动污染源监测激光雷达的动力学模型；

基于非道路移动污染源监测激光雷达的动力学模型，采用滑模控制算法跟踪非道路移动污染源监测激光雷达的参考角度，采用非线性PID算法并结合滑模控制算法的输出跟踪非道路移动污染源监测激光雷达的参考角速度，从而实现非道路移动污染源监测激光雷达的动态混合跟踪控制。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，采用滑模控制和非线性PID控制算法分别跟踪参考的角度，角速度，并且将滑模控制算法的输出作为非线性PID控制算法的输入，构成外环和内环。该控制方法在处理系统模型的不确定性和系统的耦合效应时具有很强的鲁棒性。其中，非线性PID算法考虑了角速度反馈，缓解了传统PID积分饱和，调参困难的问题；滑模控制则保证了对外部干扰的鲁棒性。相比于传统PID控制和位置-速度环级联控制，本动态混合控制方法在瞬态误差，稳态误差和面对外部干扰的调节能力上均具有更好的性能，降低了控制成本，提高了控制效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种非道路移动污染源监测激光雷达的动态混合跟踪控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的船舶废气监测激光雷达结构图；