基于反演設(shè)計(jì)微陀螺儀自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑?？刂葡到y(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于反演設(shè)計(jì)微陀螺儀自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑模控制系統(tǒng)及方法，該方法包括如下步驟：（1）建立微陀螺儀數(shù)學(xué)模型；（2）基于反演設(shè)計(jì)得到自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑模控制器；（3）進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)得到目標(biāo)系統(tǒng)。提高了系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的魯棒性和靈敏度，有效降低系統(tǒng)抖振；在自適應(yīng)設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)微陀螺傳感器的參數(shù)估計(jì)，得到被控制對(duì)象的參數(shù)，保證整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的全局漸進(jìn)穩(wěn)定性；達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，微陀螺儀的動(dòng)態(tài)特性是一種理想模式，補(bǔ)償了制造誤差和環(huán)境干擾。
【專利說(shuō)明】基于反演設(shè)計(jì)微陀螺儀自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑?？刂葡到y(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微陀螺儀的控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于反演設(shè)計(jì)的自適應(yīng)動(dòng)態(tài) 滑模控制方法在微機(jī)械振動(dòng)陀螺儀控制上的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 微陀螺儀是測(cè)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(kāi)發(fā)等軍事、民用領(lǐng)域中。與傳統(tǒng)陀螺儀相 t匕，微陀螺儀在體積和成本上有著巨大的優(yōu)勢(shì)，因此有著更加廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)。但是，由于 生產(chǎn)制造過(guò)程中的誤差存在和外界環(huán)境溫度的影響，造成原件特性與設(shè)計(jì)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。傳統(tǒng)的滑?？刂品?法中切換函數(shù)的選取一般只依賴于系統(tǒng)狀態(tài)，而與系統(tǒng)的輸入無(wú)關(guān)。這樣，控制律中的不連 續(xù)項(xiàng)會(huì)直接轉(zhuǎn)移到控制器中，使系統(tǒng)在不同的控制邏輯單元之間來(lái)回切換，從而引起系統(tǒng) 抖振。另外，陀螺儀自身屬于多輸入多輸出系統(tǒng)，存在參數(shù)的不確定性和外界干擾對(duì)系統(tǒng)參 數(shù)造成的波動(dòng)，因此，降低系統(tǒng)抖振成為微陀螺儀控制的主要問(wèn)題之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種抖振低、可靠性高、對(duì)參數(shù)變化魯棒性高 的基于反演設(shè)計(jì)的微陀螺儀自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑?？刂葡到y(tǒng)。
[0004] 在基于反演設(shè)計(jì)的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑?？刂品ㄖ校囱菰O(shè)計(jì)方法是將復(fù)雜的非線性系 統(tǒng)分解成不超過(guò)系統(tǒng)階數(shù)的子系統(tǒng)，然后為每個(gè)子系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)李亞普諾夫函數(shù)和中間虛 擬控制量，一直"后退"到整個(gè)子系統(tǒng)，直到完成整個(gè)控制律的設(shè)計(jì)。在整個(gè)反演設(shè)計(jì)過(guò)程 中，將完成針對(duì)微陀螺傳感器系統(tǒng)的自適應(yīng)控制律和動(dòng)態(tài)滑?？刂坡?。自適應(yīng)控制法是針 對(duì)不確定性系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)被控對(duì)象系統(tǒng)參數(shù)的不斷估計(jì)，完成對(duì)被控對(duì)象的控制。動(dòng)態(tài)滑模 控制主要是通過(guò)設(shè)計(jì)新的切換函數(shù)或?qū)⒊Ｒ?guī)滑模變結(jié)構(gòu)控制中的切換函數(shù)通過(guò)微分環(huán)節(jié) 構(gòu)成新的切換函數(shù)，將不連續(xù)項(xiàng)轉(zhuǎn)移到控制的一階或高階導(dǎo)數(shù)中去，得到在時(shí)間上本質(zhì)連 續(xù)的動(dòng)態(tài)滑?？刂坡?，有效降低系統(tǒng)抖振。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于反演設(shè)計(jì)微陀螺儀自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑?？?制系統(tǒng)的方法，該方法包括如下步驟： (1) 建立微陀螺儀數(shù)學(xué)模型； (2) 基于反演設(shè)計(jì)得到自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑?？刂破?； (3) 進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)得到目標(biāo)系統(tǒng)； 其中，所述微陀螺儀的集中參數(shù)數(shù)學(xué)模型為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于反演設(shè)計(jì)微陀螺儀自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑模控制系統(tǒng)的方法，其特征在于，該方法 包括如下步驟： (1) 建立微陀螺儀數(shù)學(xué)模型； (2) 基于反演設(shè)計(jì)得到自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑?？刂破?； (3) 進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)得到目標(biāo)系統(tǒng)； 其中，所述微陀螺儀的集中參數(shù)數(shù)學(xué)模型為：
式中I，是質(zhì)量塊在微陀螺儀旋轉(zhuǎn)系中的笛卡爾坐標(biāo)
分別表示兩軸的 阻尼系數(shù)和彈簧系數(shù)；
是角速度沿三個(gè)軸方向的分量；是兩軸的控制力輸入；
表示科里奧利力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反演設(shè)計(jì)微陀螺儀自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑模控制系統(tǒng)的方 法，其特征在于，所述反演設(shè)計(jì)分別設(shè)計(jì)得到Lyapunov函數(shù)&和g，其中

根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定定理設(shè)計(jì)得到自適應(yīng)律和動(dòng)態(tài)滑?？? 制律；式中％ 4為跟蹤誤差及其相關(guān)函數(shù),# =沒(méi)是系統(tǒng)參數(shù)誤差，s是切換函數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于反演設(shè)計(jì)微陀螺儀自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑?？刂葡到y(tǒng)的方法，其 特征在于，所述自適應(yīng)律為
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于反演設(shè)計(jì)微陀螺儀自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑模控制系統(tǒng)的方法，其 特征在于，所述動(dòng)態(tài)滑?？刂坡蔀椋?br> 5. 根據(jù)權(quán)利要求Γ4任一項(xiàng)所述的基于反演設(shè)計(jì)微陀螺儀自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑模控制系統(tǒng) 的方法得到的基于反演設(shè)計(jì)微陀螺儀自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑?？刂葡到y(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK104090487SQ201410121647
【公開(kāi)日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】袁珠莉, 費(fèi)峻濤 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)