一種微陀螺的魯棒自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)h無窮控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及了一種微陀螺飲系統(tǒng)的控制方法，特別是涉及了一種MEMS徵駝飲的 魯棒自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Η無窮控副方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 徽軌械巧螺儀（MEMS旬roscope)是利用微電子技術(shù)和徵加工技術(shù)加工而成的用 來惑測角遙度的慣性傳感器,，它通過--個臣娃副成的振動的微機(jī)械部件來檢測角遙度，因 賠微機(jī)械駝螺儀非常容易小型化和批量生產(chǎn)，具有成本低和體積小等特點。近年來，微機(jī)械 駝螺化在很多應(yīng)周中受到密切跑關(guān)注，例如，駝螺化配合徵沉械加速度傳感器用于慣性導(dǎo) 航、在數(shù)碼相機(jī)中周于穂定圖像、用于電腦的無線慣性鼠標(biāo)等等。但是，直于生產(chǎn)賴造過程 中不商避免的加工誤羞及環(huán)境濕度的影喃，會造成原件特性與設(shè)計之!'司的羞異，導(dǎo)致微 駝螺儀存在參數(shù)不確定性，難W建立精確的數(shù)學(xué)模型。再加上工作環(huán)境中的外界擾動作用 不巧忽略，使得徵陀螺化的軌跡追蹤控制難巧實現(xiàn)，且魯棒性較低。傳統(tǒng)的控制方法完全基 于微巧螺儀的名義值參數(shù)設(shè)計，旦忽略正交誤差和外界擾動的作用，雖然在大部分情況下 系統(tǒng)巧是穩(wěn)定的，但追蹤效果遠(yuǎn)不理想，這種鐘對阜--環(huán)境設(shè)計的控朝器具有很大的使用 局限·津。
[0003] 國內(nèi)對于微化螺儀的研究目前主要集中在結(jié)掏設(shè)計及副造技術(shù)方面，化及±述 的機(jī)械補償技術(shù)和驅(qū)動電路研究，很少出現(xiàn)用先進(jìn)控制方法補償朝造誤差和控制質(zhì)量塊的 振動軌速，^達(dá)到粗微巧螺化的完全控制和角遙度的測量。國內(nèi)研巧微壓螺化的典型機(jī)構(gòu) 為東南大學(xué)化器科學(xué)與工程學(xué)院及東南大學(xué)微慣性儀衷與先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)重點實驗室。國豚 ±的文章有將各種先迸控制方法應(yīng)用到微蛇螺儀的控制當(dāng)中，奧型的有自適應(yīng)控制和滑模 控劍方法。運些先進(jìn)方法一方面補償了朝作誤差引起的正交誤差，另一方面實現(xiàn)了對徵限 螺儀的軌跡控制。但自適應(yīng)控制對外界擾動的魯棒性很低，易使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。
[0004] 由化可見，上述現(xiàn)有的巧螺錠在使用重，顯然仍存在有不便與缺陷，而有待加臥進(jìn) 一步改遞。為了解決現(xiàn)有的陀螺儀在使用上存在的問題，相關(guān)廣商莫不費盡也思來謀求解 決之道，但長久^來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中徵陀螺儀控制方法存在的缺陷，特就是克服參數(shù)不鶴定牲和 外界干擾的對微!宅螺儀控制系統(tǒng)的影響，本發(fā)明徽巧螺的魯棒自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Η無窮控朝 方法不需要知道系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，可臥補償參數(shù)不確定性和外界干擾，大大提高系統(tǒng) 的動態(tài)性能，減小不確定性對跟蹤性能的影響，提高系統(tǒng)超參數(shù)變化和外界干擾的魯棒性， 從而使微陀螺化兩軸軌跡能高精度跟蹤上給定的理想軌跡。為了解決上述問題，本發(fā)明所 采取的技術(shù)方案是；
[0006] --種微陀螺的魯棒自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Κ無窮控靑||方法，其特征在于；采用基于黎卡 提方程設(shè)計的控副器包含兩靡分：第一韶分是基本神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控鄙器；第二部分是魯棒控 審y項，具體包括WT步驟；
[0007] (1)、建立理想的動力學(xué)模型，
[000引設(shè)計參考模型為兩個不同頻率的正弦波Aisin(Wjt)，A^sin(相2*)，其中w片w2且都不為零，改寫成向量形式為：從，二0:庫中，Ai、A,分規(guī)是!宅螺儀在X、y 兩個坐標(biāo)軸方向上的振幅，t是時間，W,和W2分別為蛇螺儀在X、V兩個坐標(biāo)軸方向上給定 的震動頻率；向量形式為；4+片廟。=0;其中
[0009] (2)、建立微巧螺儀系統(tǒng)動力學(xué)模型，
[0010]建立微化螺儀系統(tǒng)的非量綱向量模型，奪二-(〇+2Ω}4-崎+"Wα) 賄11] 其中
為微蛇螺化質(zhì)量塊在X、y軸方向上的位置向量；
婦徵度螺儀 在X、V軸方向上的控剌輸入
y阻尼矩陣，
是包含了微巧螺儀固定頻率、剛度系數(shù)和謂合酣度系數(shù)的系數(shù)項；
為系統(tǒng)的不確定項和外界平擾，若不考慮外界干擾，且參數(shù)I)，Ω，Kb已知，則控朝器可設(shè)計 為；
其中，(k,，kp)T為控制器參數(shù)矩陣，
為系統(tǒng)的跟蹤誤羞矩陣；
[0012] (3)、魯棒自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Η無窮控副器的設(shè)計
[001幻由于微駝螺化系統(tǒng)的參數(shù)化Ω，Κ,未知，廁基于黎卡提方程設(shè)計的控朝器包含兩 部分：第一部分是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控副器義I巧=滬《(義） （7)，式中，義=護(hù)，戶f是神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的輸入，為系統(tǒng)的口J測量信號；:谷e'jr'表習(xí)、-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值向量；間代表ΓRBF網(wǎng)絡(luò)隱 含層昔點的個數(shù)；I貨）是隱含層徑向基函數(shù)輸出向量； ?0014] 另一帯;分為Η無窮魯棒拉制項U,.二V?+'ν'2,其中，
Vg二 Ksgn伍怕)，λ>0,K>0,矩陣P是正定的，并且是滿足W下黎卡提方程
[0015] (4)、基于iyapnov穩(wěn)定性定理設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值自適應(yīng)律控副性能指標(biāo)為：
，設(shè)計lyapunov函數(shù)設(shè)計為
其中P直黎卡提方程求得，η為正常數(shù)，# = ^，Lyapimov畫數(shù)對時間的導(dǎo)數(shù)為；
設(shè)計神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)自適應(yīng)律為
[0016] 前述的一種微!宅螺的魯棒自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Η無窮控朝方法，其特征在于：步驟（1) 中，為使系統(tǒng)可W精確跟蹤參考軌跡，要實現(xiàn)下列社。跟蹤性能指標(biāo)；
[0017]
鐵
[0018] 式中，
e二cy-q為系統(tǒng)的跟蹤誤差，Τ拉[0，,d控L山)，Τ]是神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近誤差，Q和P是兩個正定矩陣，咨=6-礦是參數(shù)的誤差向量，η>o，p>0是 兩個給定的參數(shù)。
[0019] 前述的一種微!宅螺的魯棒自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Η無窮控朝方法，其特征在于；步驟巧） 關(guān)于建立微巧螺儀系統(tǒng)動力學(xué)模型，具體步驟如下：微壓螺儀的理想動志特性是一種無能 量損耗，兩軸間無動態(tài)稱合的穩(wěn)定正弦振蕩，巧臥描述如下；
[0020] X,。二AiSi円（閑Yt) 。、
[0021] 》'由,二A2'sifs(w^t) (、' 的0巧]
[002幻理想動志特性軌跡不僅是系統(tǒng)的參考模型，也是自適應(yīng)律的輸入信號，為了滿足 參數(shù)收斂到真值的必要條件，激勵的持續(xù)牲，必須保證參考軌跡包含兩個不同頻率，故有 巧林抑' 2， 防024] 參考模型寫成向量形式為：
[0027] 若不考慮外界平擾，且參數(shù)化Ω，K尼知，，則控制器巧設(shè)計為；
[0028]
(5)
[002引式中，k- (kv，kp)i控副器參數(shù)矩陣，.\'=(。<，引/為系統(tǒng)的跟蹤誤差矩萍，
[0030] 將式（5)帶入式（1)Rj得系統(tǒng)的閉環(huán)方程為；
[0031]
(貸）
[0032] 式中：
e立（V-q為系統(tǒng)跟祿誤羞，
[003引 由式㈱可^^看出，閉環(huán)系統(tǒng)的動、靜態(tài)轄性，即徵限螺化的跟蹤性能由k,、k滿 定，只耍選擇合適的參數(shù)障量k、、k。值，即可使得多項式h(s) SVk-_,s+kp的根位于左半托 平面，則HmeW 即系統(tǒng)穂定，控劃値務(wù)順利完成。
[0034] 前述的一種微度螺的魯棒自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Η無窮控制方按，其特征在于； 的的5] 用自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的輸出U.,，逼近微巧螺儀系統(tǒng)的理想控副輸入U%自適應(yīng) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控副器設(shè)計為；UUf(XI日）-崎 （8)，
[0036] 式中，乂 = ((,/ .(V'）/，Ur為Η。魯棒控制項，
[0037] Ur二V?十V? (9)
[0038]
(i 0 )
[0039] V2二Ks狎巧中)〇 (U) 防040] 其中，λ> 0，κ> 0，矩陣P是正定的，并且是滿足WΤ黎卡提方程的解，
C12)。前述的一種微化螺的 魯棒自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Η無窮控劍方法，其特征在于；
[0041] 基于黎卡提方程
設(shè)計的控副器，其控剌 目標(biāo)為
（2)。
[0042] 前述的一種微駝螺的魯棒自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Η無窮控制方接，其#征在于：
[0043] 步驟（4)中，黎卡提方程
（1巧
[0044] 其中，黎卡提方程（12)存在解的條件是2 入，
[004引將式斌帶入式（1)，巧得
[0056] 式中Ω是適當(dāng)?shù)陌?的有界集，
[0057] 定義神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最小逼近誤羞為
[0日郎]W?u*(q)-Uc(Xi日 *) (18)
[005引設(shè)置I;存在一個常數(shù)κ>0,使得Μ(w斌hΜ《κ，式中1i《2，<