[發(fā)明專利]基于自適應(yīng)模糊滑模的微陀螺儀追蹤控制方法

有效

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• 申請日: 2011-10-18
• 公開（公告）號: CN102393639A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 費(fèi)峻濤;王世濤
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微陀螺儀的追蹤控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于線性化反饋的自適應(yīng)模糊滑模控制加以改進(jìn)并用于用于微陀螺儀的追蹤控制方法。

背景技術(shù)

陀螺儀是慣性導(dǎo)航與制導(dǎo)的基本測量元件。但實(shí)際上，生產(chǎn)制造過程中的制造誤差和環(huán)境溫度的影響導(dǎo)致耦合的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)的存在，從而產(chǎn)生機(jī)械和靜電力形式的系統(tǒng)固有干擾，造成原件特性與設(shè)計之間的差異，降低了微陀螺儀的靈敏度和精度。此外，陀螺儀本身屬于多輸入多輸出系統(tǒng)，參數(shù)的不確定和外界干擾會對系統(tǒng)參數(shù)造成波動。而傳統(tǒng)控制方法集中在對驅(qū)動軸振蕩幅值和頻率穩(wěn)定以及兩軸頻率匹配的控制上，未考慮參數(shù)變動，環(huán)境變化影響等問題。

模糊控制是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種智能控制方法，它首先將操作人員或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)編程模糊規(guī)則，然后將來傳感器的實(shí)時信號模糊化，將模糊化得信號作為模糊規(guī)則的輸入，完成模糊推理，將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上。自適應(yīng)模糊控制是具有自適應(yīng)學(xué)習(xí)的模糊邏輯系統(tǒng),其可以任意設(shè)定控制器參數(shù)的初值，然后通過設(shè)計控制器參數(shù)的自適應(yīng)算法，實(shí)時在線更新控制器參數(shù)，來保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。滑模控制可以根據(jù)系統(tǒng)在動態(tài)過程中系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)有目的地不斷變化，迫使系統(tǒng)按照預(yù)定的滑動模態(tài)的狀態(tài)軌跡運(yùn)動。該方法的缺點(diǎn)在于當(dāng)狀態(tài)軌跡到達(dá)滑模面后，難于嚴(yán)格地沿著滑模面向著平衡點(diǎn)滑動，而是在滑模面兩側(cè)來回穿越，從而產(chǎn)生抖振。模糊滑模控制將模糊控制和滑模控制相結(jié)合，模糊控制可以不依賴系統(tǒng)的模型，而滑模控制的控制目標(biāo)從跟蹤誤差轉(zhuǎn)為滑模函數(shù)，只要施加控制使滑模函數(shù)????????????????????????????????????????????????為零，跟蹤誤差將漸進(jìn)到零，模糊控制柔化控制信號，減輕和避免了一般滑模控制的抖振。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決傳統(tǒng)微陀螺儀控制系統(tǒng)未考慮參數(shù)變動，環(huán)境變化影響，導(dǎo)致控制精度較低等問題，本發(fā)明提供了一種對微陀螺儀進(jìn)行有效、可靠的控制，且保證系統(tǒng)全局穩(wěn)定性的基于自適應(yīng)模糊滑模的微陀螺儀追蹤控制方法。

為了解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于自適應(yīng)模糊滑模的微陀螺儀追蹤控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

（1）、根據(jù)線性化反饋技術(shù)和微陀螺儀動態(tài)方程設(shè)計控制律，基于函數(shù)將滑模控制加到控制律中得到滑模控制律，其中滑模面設(shè)計為；

（2）、采用模糊系統(tǒng)逼近實(shí)際系統(tǒng)，得到模糊滑模控制律；

（3）、基于函數(shù)確定模糊滑模控制律中參數(shù)的自適應(yīng)律；

（4）、利用模糊逼近誤差大于等于最小逼近誤差，將控制律中的參數(shù)巧妙的選取為逼近誤差的絕對值加上一個大于零的常數(shù)即，保證系統(tǒng)的無條件穩(wěn)定，且加快系統(tǒng)的響應(yīng)和減少系統(tǒng)的抖振。

前述的一種基于自適應(yīng)模糊滑模的微陀螺儀追蹤控制方法，其特征在于：所述（1）步驟包括以下步驟：

1）、實(shí)際微陀螺儀的集總參數(shù)數(shù)學(xué)模型為：?

????????????（1）

其中是質(zhì)量塊的質(zhì)量，是質(zhì)量塊在旋轉(zhuǎn)系中的坐標(biāo)，是三軸的阻尼系數(shù)，是三軸的彈簧系數(shù)，是耦合的阻尼系數(shù)，是耦合的彈簧系數(shù)，是三軸的控制輸入，是三軸的輸入角速度；

2）、對模型進(jìn)行非量綱化處理，考慮無量綱時間，方程（1）兩邊同除以參考頻率、參考長度和，定義參數(shù)如下：

，，，，，，，，，，

得到陀螺儀的無量綱運(yùn)動方程的最終矢量形式如（2）：

?????????????????????????????????????（2）??

其中，，，，

，

3）、微陀螺儀為二階系統(tǒng)，定義滑模面為

???????????????????????????????????????（3）

陀螺儀的無量綱運(yùn)動方程的最終形式（2）可以變形為（4）：???????

???????????????????（4）

其中，，

根據(jù)線性化反饋技術(shù)，將控制律設(shè)計為（5）：

???????????????????????????????????????????（5）

4）、定義函數(shù)為，對求一階導(dǎo)，得

?

取?

????????????????????????（6）

則，根據(jù)定理，，，有界，

把（6）代入（5），得滑模控制律為：