[發明專利]微陀螺雙反饋模糊神經網絡動態分數階滑模控制方法

有效

• 申請號: 202010195673.2
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111240210B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 陳放;費峻濤;陳云
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 李跟根

本發明公開了微陀螺儀控制技術領域的一種微陀螺雙反饋模糊神經網絡動態分數階滑模控制方法，旨在解決現有技術中微陀螺儀由于性能極易受加工精度影響，進而導致微陀螺儀的控制精度不佳的技術問題。所述方法包括如下步驟：基于預設計的滑模面，構造動態分數階切換函數；基于預建立的微陀螺儀數學模型和動態分數階切換函數，設計動態分數階滑模控制律，所述動態分數階滑模控制律包括等效控制律和切換控制律；以滑模面的跟蹤誤差最小為目標設計自適應控制算法；利用自適應控制算法對微陀螺儀數學模型的未知參數進行實時更新，獲取估計的動態分數階滑模控制律，作為控制輸入對微陀螺儀進行滑模控制。

技術領域

本發明涉及一種微陀螺雙反饋模糊神經網絡動態分數階滑模控制方法，屬于微陀螺儀控制技術領域。

背景技術

陀螺儀運用的原理主要是角動量守恒定律，是一種具備傳感、維持方向穩定和角運動檢測功能的裝置，具有抗拒方向改變的趨勢。與傳統陀螺儀相比，微陀螺具備眾多優點，應用范圍廣泛，可用于航空、航天、航海、汽車安全、生物工程、大地測量、環境監控等領域，特別是在對尺寸和重量等要求很嚴格的領域，相比于傳統陀螺儀而言，微陀螺有極其顯著的優勢。

以硅微陀螺儀為例，其采用微機械加工工藝制成，結構尺寸通常為微米級，集成封裝后，尺寸也僅在毫米量級，因而其性能極容易受加工精度影響，導致硅微陀螺儀的靈敏度、精度等與理想狀況有所出入，導致微陀螺儀技術發展緩慢，微陀螺儀主要解決的問題，就是補償加工過程中的誤差和對角速度進行測量。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種微陀螺雙反饋模糊神經網絡動態分數階滑模控制方法，以解決現有技術中微陀螺儀因加工精度要求太高，其性能極易受加工精度影響，進而導致微陀螺儀的控制精度不佳的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種微陀螺雙反饋模糊神經網絡動態分數階滑模控制方法，包括如下步驟：

基于預設計的滑模面，構造動態分數階切換函數；

基于動態分數階切換函數和預建立的微陀螺儀數學模型，設計動態分數階滑模控制律，所述動態分數階滑模控制律包括等效控制律和切換控制律；

以滑模面的跟蹤誤差最小為目標，基于雙反饋模糊神經網絡和Lyapunov穩定性設計自適應控制算法；

利用自適應控制算法對微陀螺儀數學模型的未知參數進行實時更新，獲取估計的動態分數階滑模控制律，作為控制輸入對微陀螺儀進行滑模控制。

進一步地，所述微陀螺儀數學模型的建立方法，包括：

建立微陀螺儀動力學模型的轉動坐標系，基于轉動坐標系設定微陀螺儀的驅動振動方向、檢測振動方向、輸入角速度方向；

基于轉動坐標系建立微陀螺儀驅動模態和檢測模態的基本動力學模型；

對基本動力學模型進行結構誤差修正和無量綱化處理，改寫為向量形式，引入預設變量，獲取微陀螺儀數學模型，所述預設變量包括外界干擾、系統參數不確定性。

進一步地，所述動態分數階滑模控制律的設計方法，包括：

對動態分數階切換函數進行求導，將滑摸控制到達條件引入求導后的動態分數階切換函數，獲取等效控制律；

利用微陀螺儀數學模型中外界干擾和系統參數不確定性表征微陀螺儀的輸出軌跡趨近切換面的速率，獲取切換控制律。

進一步地，微陀螺儀驅動模態和檢測模態的基本動力學模型，其表達式如下：