[发明专利]一种基于死区补偿的微陀螺仪自适应模糊控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及微陀螺仪的控制系统，具体涉及一种基于死区补偿的微陀螺仪自适应模糊控制方法。

背景技术

微陀螺仪是很多应用领域中最常用的测量角速度的传感器，比如导航、制导和控制稳定性。微陀螺仪是利用科里奥利力（即：地球自转偏向力）将一个轴上的能量转移到另一个轴上的装置，传统的操作模式缺少驱动陀螺仪从一个模式到一个已知的摆动运动，而检测到的科里奥利加速度耦合到振动的感知模式，振动是和驱动模式是垂直的，振动感知模式的响应提供关于实用角速度的信息。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，补偿制造误差和测量角速度成为微陀螺仪控制的主要问题。而传统控制方法集中在对驱动轴振荡幅值和频率稳定以及两轴频率匹配的控制上，存在未考虑参数变动，环境变化影响恶劣，不能解决零角速率输出等问题。

随着现代控制理论的发展，精确控制在微陀螺仪中的应用变得越来越普遍。然而，陀螺仪装置中存在的死区、摩擦力和饱和非线性干扰成为影响其控制精度的主要因素。在绝大多数情况下，这些非线性现象是未知且时变的，其中死区对控制系统的影响最为常见。死区使系统的静态输出的准确性下降，使动态输出出现“平顶”。由于在死区内系统没有响应，所以有可能会导致极限环或系统不稳定。因此，有必要在微陀螺仪的控制引进先进的控制方法。

模糊控制系统不需要被控对象的数学模型，它以人对被控对象的控制经验为依据而设计控制器，因此适用于结构确定，参数未知或不确定的系统。模糊控制的突出优点是能够比较容易地将人的控制经验融入控制器中，但若是缺乏这样的控制经验，很难设计出高水平的模糊控制器。而且，由于模糊控制器采用了IF-THEN控制规则，不便于控制参数的学习和调整，且难以保证控制系统的稳定性。

自适应模糊控制是指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，且可以保证控制系统的稳定性。与传统的自适应控制系统相比，自适应模糊控制的优越性在于它可以利用操作人员提供的语言性模糊信息，而传统的自适应控制则不能。这一点对具有高度不确定因素的微陀螺仪系统尤其重要。

目前，自适应模糊控制用于补偿微陀螺仪的控制系统中的死区非线性效应尚未得到应用。

发明内容

本发明为克服现有的微陀螺仪的控制系统存在的缺陷，而提供一种基于死区补偿的微陀螺仪自适应模糊控制方法。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

一种基于死区补偿的微陀螺仪自适应模糊控制方法，包括如下步骤

1）建立微陀螺仪的非量纲动力学微分方程；

2）构建参考模型；

3）设计自适应模糊补偿器，具体步骤为

3-1）建立死区效应非线性表达式

死区效应非线性表达式的向量形式为

τ＝D(u)＝u-sat_D(u)              （6）

其中，sat_d(u)为死区非对称饱和函数，表示为