專利名稱：基于t-s模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法
技術領域：
:本發(fā)明屬于微陀螺儀控制技術領域，具體涉及一種基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法。
背景技術：
:陀螺儀是慣性導航與制導的基本測量元件，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，在測量精度上也有著巨大的提高，因此有著廣闊的應用市場，比如在導航制導、消費電子、航海和國防上。但在實際上，生產(chǎn)制造過程中的制造誤差和環(huán)境溫度的影響導致耦合的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)的存在，從而產(chǎn)生機械和靜電力形式的系統(tǒng)固有干擾，造成原件特性與設計之間的差異，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。補償制造誤差和軌跡控制成為微陀螺儀控制的主要問題。而普通的微陀螺儀控制是在其線性模型的基礎上進行控制，未考到實際被控模型更接近于非線性模型的問題，本發(fā)明就是在微陀螺儀非線性模型的基礎上建立其T-S模糊模型，然后對其T-S模糊模型進行軌跡控制。T-S模糊模型的本質(zhì)是一個非線性動力學模型可以看成是許多個局部線性模型的模糊逼近，T-S模糊模型由一組if-then規(guī)則來描述非線性系統(tǒng),每一個規(guī)則代表一個子系統(tǒng)，整個模糊系統(tǒng)即為各個子系統(tǒng)的線性組合。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的一種智能控制方法，它首先將操作人員或專家經(jīng)驗變成模糊規(guī)則，然后將由傳感器來的實時信號模糊化，將模糊化得信號作為模糊規(guī)則的輸入，完成模糊推理，最終將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上，實現(xiàn)系統(tǒng)的模糊控制。自適應模糊控制是具有自適應學習的模糊邏輯系統(tǒng)，其可以任意設定控制對象參數(shù)的初始值，然后通過設計控制器參數(shù)的自適應算法，調(diào)節(jié)自適應參數(shù)，實時在線更新控制器參數(shù)，來保證任意初始值下系統(tǒng)控制的快速性和穩(wěn)定性
發(fā)明內(nèi)容
:為了解決普通微陀螺儀控制方法的控制對象和實際被控對象之間存在差異，使微陀螺儀的軌跡控制更漸進實際，本發(fā)明在微陀螺儀非線性模型的基礎上建立其T-S模型，然后在其T-S模型的基礎上，基于Lyapunov方法設計自適應模糊控制算法，確保了整個控制系統(tǒng)的全局漸進穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)對參數(shù)變化的魯棒性，補償了制造誤差。為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術方案是:基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法，包括以下步驟I)建立微陀螺儀的無量綱非線性運動矢量方程；2)在微陀螺儀無量綱非線性運動矢量方程的基礎上，建立其T-S模糊模型，并通過單點模糊化、乘積推理和中心平均加權反模糊化得到微陀螺儀模糊動態(tài)系統(tǒng)模型；3)根據(jù)并行分配補償法設計每一個T-S模糊子模型的局部線性狀態(tài)反饋控制器，并通過單點模糊化、乘積推理和中心平均加權反模糊化得到控制器輸出；
4)設計參考模型，讓微陀螺儀模糊動態(tài)系統(tǒng)模型軌跡跟蹤參考模型軌跡；5)根據(jù)Lyapunov函數(shù)理論設計自適應控制算法,并進行穩(wěn)定性分析；前述步驟I)的無量綱非線性運動矢量方程是通過如下步驟完成的，1-1)考慮到制造誤差和非線性彈簧效應的存在，實際微陀螺儀的非線性數(shù)學模型可簡化近似為:
權利要求
1.基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法，其特征在于，包括以下步驟 1)建立微陀螺儀的無量綱非線性運動矢量方程； 2)在微陀螺儀無量綱非線性運動矢量方程的基礎上，建立其T-S模糊模型，并通過單點模糊化、乘積推理和中心平均加權反模糊化得到微陀螺儀模糊動態(tài)系統(tǒng)模型； 3)根據(jù)并行分配補償法設計每一個T-S模糊子模型的局部線性狀態(tài)反饋控制器，并通過單點模糊化、乘積推理和中心平均加權反模糊化得到控制器輸出； 4)設計參考模型，讓微陀螺儀模糊動態(tài)系統(tǒng)模型軌跡跟蹤參考模型軌跡； 5)根據(jù)Lyapunov函數(shù)理論設計自適應控制算法,并進行穩(wěn)定性分析。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法，其特征在于，所述步驟I)的無量綱非線性運動矢量方程是通過如下步驟完成的， 1-1)考慮到制造誤差和非線性彈簧效應的存在，實際微陀螺儀的非線性數(shù)學模型可簡化近似為:
3.根據(jù)權利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法，其特征在于，所述步驟2)中T-S模糊模型由9條IF-THEN規(guī)則組成，所述規(guī)則為Rule 1:1F X is about Mil and y is about Mi2 and x is about Mi3 y is about Mi4。
= + i = 1,2,-,9 0
4.根據(jù)權利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法，其特征在于，所述步驟2)中微陀螺儀模糊動態(tài)系統(tǒng)模型為
5.根據(jù)權利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法，其特征在于，所述步驟3)中局部線性狀態(tài)反饋控制器由9條IF-THEN規(guī)則組成，所述規(guī)則為Rule 1:1F x is about Mjl and y is about Mj2 andx is about Mj3 j is about Mj40THEN S (t) = -Kj (t) *x (t) +Ij (t) *r (t)，j = 1，2，…，9。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法，其特征在于，所述步驟3)中局部線性狀態(tài)反饋控制器的輸出S(t)為
7.根據(jù)權利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法，其特征在于，所述步驟4)中定義參考模型是指把所述步驟3)中局部線性狀態(tài)反饋控制器的輸出S(t)帶入微陀螺儀模糊動態(tài)系統(tǒng)模型式(3)中，得到參考模型:qm=Amq+/i r(5)其中期望控制矩陣Am取值為，
8.根據(jù)權利要求6所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法，其特征在于，所述局部線性狀態(tài)反饋控制器的輸出S(t)中，微陀螺儀T-S模糊模型的控制矩陣Ai和狀態(tài)變量q未知，為了使模糊系統(tǒng)式(3)在控制矩陣Ai未知的情況下跟蹤參考模型式(5)，將局部線性狀態(tài)反饋控制器的輸出S(t)調(diào)整為
9.根據(jù)權利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法，其特征在于，所述步驟5)根據(jù)Lyapunov函數(shù)理論設計自適應控制算法,具體為， 5-1)定義Lyapunov函數(shù)V⑴為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應控制方法，在微陀螺儀非線性模型的基礎上建立其T-S模糊模型，通過單點模糊化、乘積推理和中心平均加權反模糊化得到其模糊動態(tài)系統(tǒng)模型；根據(jù)控制軌跡設計參考模型；基于并行分配補償法對每一個T-S模糊子模型設計局部線性狀態(tài)反饋控制器，使其模糊動態(tài)系統(tǒng)模型軌跡跟蹤參考模型軌跡；由于制造誤差和環(huán)境干擾的存在，其T-S模糊模型參數(shù)未知，設計參數(shù)估計器；為了使軌跡控制誤差和參數(shù)估計誤差全局漸進穩(wěn)定，基于Lyapunov理論設計一種改進型自適應控制算法；將整個控制方案應用到微陀螺儀非線性模型上，驗證整體控制在微陀螺儀軌跡控制上的可行性和有效性。
文檔編號G05B13/04GK103197558SQ20131010539
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權日2013年3月28日
發(fā)明者王世濤, 費峻濤 申請人:河海大學常州校區(qū)