[發明專利]微陀螺儀雙遞歸擾動模糊神經網絡分數階滑模控制方法

有效

• 申請號: 202010965764.X
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112181002B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 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: G05D13/62
• 分類號: G05D13/62;G01C19/56
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 丁濤

一種微陀螺儀雙遞歸擾動模糊神經網絡分數階滑模控制方法，包括如下步驟：S1：建立微陀螺儀數學模型，并設計分數階滑模面；S2：設計分數階滑?？刂坡桑瑢⑵渥鳛榭刂戚斎雽ξ⑼勇輧x進行滑模控制；S3：基于雙遞歸擾動模糊神經網絡和Lyapunov穩定性設計自適應控制算法，對神經網絡未知參數進行實時更新，保證系統運動點的軌跡穩定跟蹤動力學模型的軌跡。本發明利用模糊系統和神經網絡的結合，在線實時對系統未知部分進行估計，用估計值代替其自身的真值，用于解決實際系統中含有未知參數的未知部分無法準確得到的問題。

技術領域

本發明涉及微陀螺儀雙遞歸擾動模糊神經網絡分數階滑?？刂品椒?，屬于微陀螺儀的控制技術領域。

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。與傳統的陀螺儀相比，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。

然而，由于MEMS工藝本身加工精度的限制以及設計原理本身的局限性，使得目前的技術還沒有取得一個質的飛躍，依然停留在速率級上難以進步，很難達到戰術級和慣性級的要求。其結構尺寸通常為微米級，集成封裝后，尺寸也僅在毫米量級，導致硅微陀螺儀的靈敏度、精度等與理想的狀況有所出入，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

為了解決現有的技術缺陷，本發明提供一種微陀螺儀雙遞歸擾動模糊神經網絡分數階滑?？刂品椒ǎ媚：到y和神經網絡的結合，在線實時對系統未知部分進行估計，用估計值代替其自身的真值，用于解決實際系統中含有未知參數的未知部分無法準確得到的問題。

一種微陀螺儀雙遞歸擾動模糊神經網絡分數階滑?？刂品椒?，包括如下步驟：

S1：建立微陀螺儀數學模型，并基于微陀螺儀數學模型設計分數階滑模面；

S2：基于步驟S1建立的微陀螺儀數學模型和設計的分數階滑模面設計分數階滑?？刂坡?，將其作為控制輸入對微陀螺儀進行滑模控制，其中，所述控制律包括等效控制律和切換控制律；

S3：基于雙遞歸擾動模糊神經網絡和Lyapunov穩定性設計自適應控制算法，對神經網絡未知參數進行實時更新，保證系統運動點的軌跡穩定跟蹤動力學模型的軌跡。

優選地，所述步驟S1中建立微陀螺儀數學模型具體步驟如下：

S1-1：建立動力學模型的轉動坐標系，轉動坐標系包括微陀螺儀驅動振動的方向、檢測振動的方向和輸入角速度的方向，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，其中，設定X軸為微陀螺儀驅動振動的方向，Y軸為微陀螺儀檢測振動的方向，Z軸為輸入角速度的方向，微陀螺儀驅動模態和檢測模態的基本動力學模型如公式(1)所示：

式中，m為質量塊的質量，x,y為質量塊在驅動振動方向和檢測振動方向的位置向量，是x的一階導數，是x的二階導數，是y的一階導數，是y的二階導數，d_x為驅動振動方向的阻尼系數，d_y為檢測振動方向的阻尼系數，k_x為驅動振動方向的剛度系數，k_y為檢測振動方向的剛度系數，u_x為驅動振動方向的控制輸入，u_y檢測振動方向的控制輸入，Ω_z為z軸上輸入的角速度，是Ω_z的一階導數；

S1-2：對基本動力學模型進行結構誤差修正，如公式(2)所示：