[發(fā)明專利]基于動態(tài)面的微陀螺自適應(yīng)模糊滑模控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610029344.4
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105487382B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷單單;曹頔;王騰騰;費峻濤
• 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)明涉及一種基于動態(tài)面的微陀螺自適應(yīng)模糊滑模控制方法。

背景技術(shù)

微陀螺儀是測量慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)角速度的傳感器，廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海和陸地車輛的導(dǎo)航與定位及油田勘探開發(fā)等軍事、民用領(lǐng)域中。與傳統(tǒng)陀螺儀相比，微陀螺儀在體積和成本上有著巨大的優(yōu)勢，因此有著更加廣闊的應(yīng)用市場。但是，由于生產(chǎn)制造過程中誤差的存在和外界環(huán)境溫度的影響，造成原件特性與設(shè)計之間的差異，導(dǎo)致存在耦合的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)，降低了微陀螺儀的靈敏度和精度。另外，陀螺儀自身屬于多輸入多輸出系統(tǒng)，存在參數(shù)的不確定性且在外界干擾下系統(tǒng)參數(shù)容易波動，因此，降低系統(tǒng)抖振成為微陀螺儀控制的主要問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供一種基于動態(tài)面的微陀螺自適應(yīng)模糊滑模控制方法，具有抖振低、可靠性高、對參數(shù)變化魯棒性高的優(yōu)點。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

基于動態(tài)面的微陀螺自適應(yīng)模糊滑模控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、建立微陀螺儀的數(shù)學(xué)模型：

步驟二、利用模糊控制方法逼近微陀螺儀的動態(tài)特性和外界干擾之和；

步驟三、基于動態(tài)面設(shè)計自適應(yīng)模糊滑模控制器；

步驟四、基于自適應(yīng)模糊滑模控制器控制微陀螺儀。

優(yōu)選，步驟一中建立的微陀螺儀的數(shù)學(xué)模型為：

其中，x、y分別代表微陀螺儀在X、Y軸方向上的位移，d_xx、d_yy分別為X、Y軸方向彈簧的彈性系數(shù)，k_xx、k_yy分別為X、Y軸方向的阻尼系數(shù)，d_xy、k_xy是由于加工誤差等引起的耦合參數(shù)，m為陀螺儀質(zhì)量塊的質(zhì)量，Ω_z為質(zhì)量塊自轉(zhuǎn)的角速度，u_x、u_y分別是X、Y軸的輸入控制力，形如的參數(shù)表示Γ的一階導(dǎo)數(shù)，形如的參數(shù)表示Γ的二階導(dǎo)數(shù)。

對模型進(jìn)行無量綱化處理得到無量綱化模型：

等式兩邊同時除以m，并且使得則無量綱化模型為：

將模型改寫成向量形式：

其中，u為動態(tài)面控制律，

考慮系統(tǒng)參數(shù)不確定和外界干擾，模型可以寫成：

其中ΔD,ΔK是參數(shù)擾動，d是外界干擾；

將其寫成狀態(tài)方程形式為：

其中，q₁＝q，

為了便于計算將定義q＝x₁，x₁、x₂為輸入變量；

則狀態(tài)方程變?yōu)槿缦率阶樱?/p>

其中f為陀螺儀的動態(tài)特性與外界干擾之和，且：

f＝-(D+ΔD+2Ω)x₂-(K+ΔK)x₁+d。

優(yōu)選，步驟二中引入模糊原理，用來逼近f，采用單值模糊化,乘機(jī)推理機(jī)中心平均反模糊化，步驟二具體包括如下步驟：

假設(shè)模糊系統(tǒng)由N條模糊規(guī)則構(gòu)成，第i條模糊規(guī)則Rⁱ的表達(dá)形式為：

其中，x_j(j＝1,2,.......,n)為輸入變量，為x_j(j＝1,2,.......,n)的隸屬度函數(shù)，即為

則模糊系統(tǒng)的輸出為：

其中ξ_A為模糊基向量，ξ_A＝[ξ₁(x) ξ₂(x) ... ξ_N(x)]^T，i＝1,2,3……N，為自適應(yīng)向量，為的轉(zhuǎn)置；

針對f的模糊逼近，采用分別逼近f_x和f_y的形式，f_x，f_y分別為陀螺儀x、y軸的動態(tài)特性和外界干擾的和，相應(yīng)的模糊系統(tǒng)設(shè)計為：

定義模糊函數(shù)為如下形式：

其中，分別為與的轉(zhuǎn)置；

定義最優(yōu)逼近常量θ^*：

式中，Ω_f是的集合，arg為復(fù)數(shù)的輻角運算函數(shù)，sup為上確界運算函數(shù)；

定義：為模糊輸出誤差，那么

則：