本发明专利技术公开了用于微陀螺仪的自适应模糊滑模控制器，其特征在于：其包括基于参考模型的自适应模糊控制系统和切换控制系统；在自适应模糊控制系统中，采用滑模面作为模糊控制器的输入，并采用动态自适应律自动调整权值，从而模糊逼近等效控制律。本发明专利技术的用于微陀螺仪的自适应模糊滑模控制器的有益效果为：系统达到稳态后，微陀螺仪的动态特性是一种理想模式，补偿了制造误差和环境干扰；基于Lyapunov方法设计的自适应算法能够保证整个闭环系统的全局渐进稳定性；由于加入对逼近误差上界的自适应调节，明显的减少了抖振。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微陀螺仪的控制器设计，特别涉及一种自适应模糊滑模控制方法在微陀螺仪控制器上的应用。
技术介绍
微陀螺仪是测量角速率的惯性传感器，与传统陀螺仪相比，微陀螺仪在体积和成本上有着巨大的优势，因此有着广阔的应用市场，比如在导航制导、消费电子、航海和国防上。但是，由于生产制造过程中的误差存在和环境温度的影响，造成原件特性与设计之间的差异，导致存在耦合的刚度系数和阻尼系数，降低了微陀螺仪的灵敏度和精度。此外，陀螺仪本身属于多输入多输出系统，存在参数的不确定性和外界干扰对系统参数的造成的波动，补偿制造误差和外界干扰成为微陀螺仪控制的主要问题。传统的模糊控制器设计不依靠被控对象的模型，而是它依靠控制专家或操作者的经验知识，其不便于控制参数的自我学习和调整，因而难以保证控制系统的稳定性。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题，提供一种用于微陀螺仪的自适应模糊滑模控制器，它可有效的提高系统的稳定性、可靠性和动态品质，并且有效的降低了抖振现象。自适应模糊控制方法是具有自适应学习算法的模糊逻辑系统，其学习算法是依靠数据信息来调整模糊逻辑系统的参数，它可以保证控制系统的稳定性。目前，其中的控制方案都是用误差和误差变化率作为模糊输入变量，所以在实际中需要较多的模糊规则，提高了系统的复杂程度。为解决这个问题，本专利技术的设计思路是用滑模面作为模糊输入变量，这样可以将自适应模糊控制和模糊滑模控制相结合，吸取两者的优点，可以自动调整权值，通过动态自适应律来产生令人满意的系统响应，并且可以如模糊滑模控制一样显著地减少模糊规则的数量。总之，本专利技术的自适应模糊滑模控制方法可以不依赖系统的模型，具有简化模糊控制系统结构复杂性的作用。其中，其还通过Lyapimov方法设计控制器参数的自适应算法，实时在线调整控制器参数，从而进一步保证系统全局的稳定性。简而言之，本专利技术是设计一个理想的微陀螺仪动态模型，作为系统参考轨迹，控制目标是保证实际微陀螺仪轨迹追踪上参考轨迹，达到一种理想的动态特性，补偿制造误差和环境干扰。本专利技术的自适应模糊滑模控制方法包括自适应模糊控制和切换控制。在自适应模糊控制的设计中，首先设计积分滑模面，将该滑模面作为模糊控制器的输入，用自适应模糊控制器自动调整权值，通过动态自适应律来模糊逼近等效控制律；在切换控制设计中，用切换控制器来补偿等效控制律和模糊控制器之间的误差，并且自适应估计误差上界，由于其存在在线调节， 因此明显地削弱了抖振。自适应算法采用基于Lyapimov稳定性方法设计，从而保证微陀螺仪轨迹追踪上理想模型以及系统的全局渐进稳定性，提高了系统的可靠性。3迄今为止，本专利技术的自适应模糊滑模控制方法尚未应用于在微陀螺仪的控制中。本专利技术的技术方案是提供一种用于微陀螺仪的自适应模糊滑模控制器，其特征在于其包括基于参考模型的自适应模糊控制系统和切换控制系统；在自适应模糊控制系统中，采用滑模面作为模糊控制器的输入，并采用动态自适应律自动调整权值，从而模糊逼近等效控制律。优选的，在所述切换控制系统中采用切换控制器来补偿所述等效控制律和所述模糊控制器之间的误差。优选的，所述自适应模糊控制系统的参数的自适应算法采用Lyapimov方法设计， 以保证微陀螺仪轨迹追踪上参考模型和整个控制系统的全局渐进稳定性。优选的，在所述自适应模糊控制系统中的反模糊化输出时自适应调节权值定义为 , 的自适应算法为& = & = ⑴ξ ,设计其Lyapimov函数Vl(s(tla) = ^s
) + ^-aTa ,其中η工为正的实数；所述切换控制系统中自适应调节切换增益定义为左，左的自适应算法为1 = 1 = ；72,设计其Lyapimov函数V(s(t),δ,E(t)) = V1 (s(tla) + ^-E2^^S2(t) + ^-aTa + ^-E2 ,其中 η 为正的实数。2"2 22ηλ1η2优选的，所述参考模型采用两轴间无动态耦合的稳定正弦振荡xm = A1Sin(Wlt)， Ym = A2Sin (w2t)，其微分方程为-Am = Kmqm。优选的，所述滑模面为积分滑模面V⑴-&⑴枷,其中跟踪误差e(t) zqW-qJt)，!^、!^*非零正常数。本专利技术的用于微陀螺仪的自适应模糊滑模控制器的有益效果为系统达到稳态后，微陀螺仪的动态特性是一种理想模式，补偿了制造误差和环境干扰；基于Lyapimov方法设计的自适应算法能够保证整个闭环系统的全局渐进稳定性；由于加入对逼近误差上界的自适应调节，明显的减少了抖振。附图说明图1为本专利技术的具体实施例中微陀螺仪的简化模型示意图；图2为本专利技术的具体实施例中微陀螺仪自适应模糊滑模控制系统结构框图；图3为本专利技术的具体实施例中微陀螺仪的X、Y轴跟踪效果曲线图；图4为本专利技术的具体实施例中滑模面曲线图；图5为本专利技术的具体实施例中切换增益固定时陀螺仪的控制输入ux、Uy变化曲线图；图6为本专利技术的具体实施例中切换增益自适应调节时陀螺仪的控制输入ux、Uy变化曲线图；图7为本专利技术的具体实施例中切换增益E自适应估计曲线图。 具体实施例方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。一、微陀螺仪的动力学方程一般的微振动陀螺仪包含三个组成部分被弹性材料所支撑的质量块，静电驱动装置和感测装置。静电驱动电路主要功能是驱动和维持微振动陀螺仪振动时幅值的恒定， 即恒幅振荡；感测电路用来感知质量块的位置和速度。微陀螺仪可以被简化为一个由质量块和弹簧构成的有阻尼振动系统。图1显示了在笛卡尔坐标系下简化的微振动陀螺仪模型。对Z轴微陀螺仪而言，可以认为质量块被限制只能在x-y平面内运动，而不能沿Z轴运动。实际上，由于制造缺陷和加工误差的存在，会造成χ轴和y轴的附加动态耦合，如耦合的刚度系数和阻尼系数。考虑进制造误差，实际微陀螺仪的集总参数数学模型为m^ + ^xxX + d^y + kxxx + k^y = ux + 2mQzy (丄)my + dxyx + dyyy + k^x + kyyy = uy- 2m￡lxm是质量块的质量，x, y是质量块在旋转系中的坐标，dxx，dyy分别是χ轴和y轴的阻尼系数，kxx，kyy分别是χ轴和y轴的弹簧系数，dxy，kxy分别是耦合的阻尼系数和耦合的弹簧系数，合称为正交误差，ux, Uy是两轴的控制输入，名是科里奥利力。式(1)表示的微振动陀螺仪的数学模型是一种有量纲形式，即式中的各个物理量不仅要考虑数值大小，还要顾及各物理量单位的一致性，因此增加了控制器设计的复杂度。 微振动陀螺仪两轴的固有频率范围一般在KHz范围，而输入角速度可能只在几度每小时到几度每秒的范围内，两者存在很大的时间量级区别，不易实现数值仿真。为了解决以上两个问题，有必要对模型进行非量纲化处理。式(1)的两边同除以参考质量m、参考长度q(l，以及两轴的共振频率的平方&2 ,得到微陀螺仪的非量纲化模型为权利要求1.用于微陀螺仪的自适应模糊滑模控制器，其特征在于其包括基于参考模型的自适应模糊控制系统和切换控制系统；在自适应模糊控制系统中，采用滑模面作为模糊控制器的输入，并采用动态自适应律自动调整权值，从而模糊逼近等效控制律。2.根据权利要求1所述的用于微陀螺仪的自适应模糊滑模控制器，其特征在于在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：费峻涛，辛明缘，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：
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