一种基于自抗扰控制器的超流体陀螺控制系统设计方法技术方案

技术编号:11764814 阅读:113 留言:0更新日期:2015-07-23 15:37
本发明专利技术涉及一种基于自抗扰控制器的超流体陀螺控制系统设计方法。根据双弱连接超流体陀螺的工作原理,建立超流体陀螺的数学模型;利用幅值锁定补偿方法建立超流体陀螺角速度模型;在超流体控制回路中引入自抗扰控制器,根据自抗扰控制器对被控对象不要求有精确的数学模型,而且由系统模型不确定性引起的扰动与外部扰动会被视作总扰动而一同被跟踪补偿的特点,提高热相位补偿实现薄膜幅值锁定的控制精度,提升整个超流体陀螺控制系统性能,从而提高角速度求解通用公式的精度。本发明专利技术属于新概念陀螺控制技术领域,可应用于超流体陀螺的控制系统优化设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及,适用于超流 体陀螺控制系统的优化。 技术背景 自19世纪末到现在,陀螺仪作为主要的惯性导航检测设备,在军、民用领域发挥 着重要的作用。传统概念的陀螺是通过转子转动产生动量矩来敏感陀螺壳体相对惯性空间 的角运动。近年来随着光学、低温物理学等领域的快速发展,出现了一系列新型的陀螺。这 种陀螺不再拥有高速旋转的转子,而是基于新型的物理机理来完成壳体相对惯性空间的运 动测量。激光陀螺的精度较高,但加工复杂且存在闭锁问题。光纤陀螺加工简单、精度高, 但系统稳定性差,体积大。基于低温物理学发展起来的有冷原子束陀螺和超流体陀螺,其中 前者在激光冷却技术和捕获原子的精确控制方面存在巨大挑战,后者凭借其无粘滞性、无 摩擦、高精度、高灵敏度的优良性能,近年来引起了国内学者的极大关注。 基于交流约瑟夫森效应的超流体陀螺,利用4He超流体在环形腔的物质波干涉效【主权项】1. 一种基于自抗扰控制器的超流体巧螺控制系统设计方法,其特征在于:根据双弱连 接超流体巧螺的工作原理,建立超流体巧螺的数学模型;利用幅值锁定补偿方法建立超流 体巧螺角速度模型;在超流体控制回路中引入自抗扰控制器,根据自抗扰控制器对被控对 象不要求有精确的数学模型,而且由系统模型不确定性引起的扰动与外部扰动会被视作总 扰动而一同被跟踪补偿的特点,提高热相位补偿实现薄膜幅值锁定的控制精度,提升整个 超流体巧螺控制系统性能,从而提高角速度求解通用公式的精度,具体包括W下步骤: (1) 根据双弱连接超流体巧螺的工作原理,建立超流体巧螺的数学模型:式中,X(t)为薄膜幅值,I(t)为环形腔内总的物质波流量,Pi为超流体的密度,:i为感 应面积的矢量,N为单个弱连接所含的孔数,I。为单孔临界超流体强度,Au为由弱连接两 侧压力差与温度差形成的化学势能差,A4为双弱连接处的相位差,A4。为外部旋转角 速度造成的萨格纳克相位移,A 为注入的热相位,4。为初始相位,口为环形腔内总的 物质波相位,h为普朗克常数,m为4化超流体原子的质量,^为外界的旋转角速度; (2) 建立超流体巧螺角速度模型 针对步骤(1)所得到的超流体巧螺检测的数学模型,利用幅值锁定原理设定工作点在n/3处,对超流体巧螺注入热相位,得到可直接解算的超流体巧螺角速度解:式中,m为补偿量最大值,n为达到最大补偿量的次数; (3) 设计自抗扰控制器 跟踪微分器TD的表达形式为:式中,Vi(t)为参考输入Va(t)的跟踪 信号,V2(t)为Vi(t)的微分,从而把V2(t)作为Vu(t)的"近似微分",R、为跟踪微分器 可调参数; 扩张状态观测器ESO的表达形式为:式中:曰1、曰2、曰3、52、01、02、03为可调参数己阶 ESO是由对象输出y估计对象的状态变量禪合和对象总扰动的实时作用量,即由系统输出y产生3个信号;Zi、Z2、Z3,其中Zi为y的跟踪信号,e为Z1和y之差,Z2(t)为Zi(t)的微分 信号,Z3(t)为对系统模型禪合和外扰动的估计; 非线性状态误差反馈控制律化沈F的表达式为:式中;a4、a5、5 3、b、kp、kd为可调参数;e1为V1和Z义差,e2为V2和Z之差,U。为误 差的非线性组合,U为控制输入;通过测量薄膜幅值x(t),输出注入的热相位A(Kew。【专利摘要】本专利技术涉及。根据双弱连接超流体陀螺的工作原理,建立超流体陀螺的数学模型;利用幅值锁定补偿方法建立超流体陀螺角速度模型;在超流体控制回路中引入自抗扰控制器,根据自抗扰控制器对被控对象不要求有精确的数学模型,而且由系统模型不确定性引起的扰动与外部扰动会被视作总扰动而一同被跟踪补偿的特点,提高热相位补偿实现薄膜幅值锁定的控制精度,提升整个超流体陀螺控制系统性能,从而提高角速度求解通用公式的精度。本专利技术属于新概念陀螺控制
,可应用于超流体陀螺的控制系统优化设计。【IPC分类】G05B13-04【公开号】CN104793488【申请号】CN201510006194【专利技术人】任元, 王平, 陈晓岑, 赵玉龙, 缪存孝, 王卫杰, 王 华 【申请人】中国人民解放军装备学院【公开日】2015年7月22日【申请日】2015年1月6日本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于自抗扰控制器的超流体陀螺控制系统设计方法,其特征在于:根据双弱连接超流体陀螺的工作原理,建立超流体陀螺的数学模型;利用幅值锁定补偿方法建立超流体陀螺角速度模型;在超流体控制回路中引入自抗扰控制器,根据自抗扰控制器对被控对象不要求有精确的数学模型,而且由系统模型不确定性引起的扰动与外部扰动会被视作总扰动而一同被跟踪补偿的特点,提高热相位补偿实现薄膜幅值锁定的控制精度,提升整个超流体陀螺控制系统性能,从而提高角速度求解通用公式的精度,具体包括以下步骤:(1)根据双弱连接超流体陀螺的工作原理,建立超流体陀螺的数学模型:x(t)=1ρ1A→∫0tI(t)dt]]>其中,Δφ=Δφω+Δφheat=2πmhω→·A→+Δφheat]]>式中,x(t)为薄膜幅值,I(t)为环形腔内总的物质波流量,ρ1为超流体的密度,为感应面积的矢量,N为单个弱连接所含的孔数,I0为单孔临界超流体强度,Δu为由弱连接两侧压力差与温度差形成的化学势能差,Δφ为双弱连接处的相位差,Δφω为外部旋转角速度造成的萨格纳克相位移,Δφheat为注入的热相位,φ0为初始相位,为环形腔内总的物质波相位,h为普朗克常数,m为4He超流体原子的质量,为外界的旋转角速度;(2)建立超流体陀螺角速度模型针对步骤(1)所得到的超流体陀螺检测的数学模型,利用幅值锁定原理设定工作点在π/3处,对超流体陀螺注入热相位,得到可直接解算的超流体陀螺角速度解:ω→=h2πmA→(π3-Δφheat-nm)]]>式中,m为补偿量最大值,n为达到最大补偿量的次数;(3)设计自抗扰控制器跟踪微分器TD的表达形式为:v·1=v2v·2=-Rsat(A,δ1)]]>式中:A=v1-v0+v2|v2|2R,sat(A,δ1)=sign(A),|A|≥δ1A/δ1,|A|<δ1,]]>v1(t)为参考输入v0(t)的跟踪信号,v2(t)为v1(t)的微分,从而把v2(t)作为v0(t)的“近似微分”,R、δ1为跟踪微分器可调参数;扩张状态观测器ESO的表达形式为:e=z1-yz·1=z2-β1fal(e,α1,δ2)z·2=z3-β2fal(e,α2,δ2)+buz·3=-β3fal(e,α3,δ2)]]>式中:e=z1-yz·1=z2-β1fal(e,α1,δ2)z·2=z3-β2fal(e,α2,δ2)+buz·3=-β3fal(e,α3,δ2),]]>α1、α2、α3、δ2、β1、β2、β3为可调参数;三阶ESO是由对象输出y估计对象的状态变量耦合和对象总扰动的实时作用量,即由系统输出y产生3个信号:z1、z2、z3,其中z1为y的跟踪信号,e为z1和y之差,z2(t)为z1(t)的微分信号,z3(t)为对系统模型耦合和外扰动的估计;非线性状态误差反馈控制律NLSEF的表达式为:e1=v1-z1e2=v2-z2u0=kpfal(e1,α4,δ3)+kdfal(e2,α5,δ3)u=u0-z3b0]]>式中:α4、α5、δ3、b、kp、kd为可调参数;e1为v1和z1之差,e2为v2和z2之差,u0为误差的非线性组合,u为控制输入;通过测量薄膜幅值x(t),输出注入的热相位Δφheat。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:任元王平陈晓岑赵玉龙缪存孝王卫杰王华
申请(专利权)人:中国人民解放军装备学院
类型:发明
国别省市:北京;11

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