[发明专利]微陀螺仪的反演自适应模糊动态滑模控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微陀螺仪的反演自适应模糊动态滑模控制方法，属于微陀螺仪的控制技术领域。

背景技术

微陀螺仪是测量惯性导航和惯性制导系统角速度的传感器，广泛应用于航空、航天、航海和陆地车辆的导航与定位及油田勘探开发等军事、民用领域中。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，因此有着更加广阔的应用市场。但是，由于生产制造过程中的误差存在和外界环境温度的影响，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。令外，陀螺仪自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，因此，降低系统抖振成为微陀螺仪控制的主要问题之一。而传统的滑模控制方法中切换函数的选取一般只依赖于系统状态，而与系统的输入无关。这样，控制律中的不连续项会直接转移到控制器中，使系统在不同的控制逻辑单元之间来回切换，从而引起系统抖振。

在反演自适应模糊动态滑模控制法中，反演设计方法是将复杂的非线性系统分解成不超过系统阶数的子系统，然后为每个子系统分别设计李亚普诺夫函数和中间虚拟控制量，一直“后退”到整个子系统，直到完成整个控制律的设计。在整个反演设计过程中，将完成针对微陀螺传感器系统的模糊自适应律和动态滑模控制律。在该设计中,模糊控制和自适应控制结合是用于针对系统的不确定部分，通过对被控对象系统干扰项的不断估计，完成对被控对象的控制。动态滑模控制主要是通过设计新的切换函数或将常规滑模变结构控制中的切换函数通过微分环节构成新的切换函数,将不连续项转移到控制的一阶或高阶导数中去,得到在时间上本质连续的动态滑模控制律,有效降低系统抖振。但是，迄今为止，反演自适应模糊动态滑模控制在微陀螺仪的控制中尚未得到应用。

发明内容

本发明为避免传统微陀螺仪控制系统的不足之处，提供反演自适应模糊动态滑模控制方法，将反演自适应模糊动态滑模控制方法应用到微陀螺仪控制上，以补偿制造误差和环境干扰，降低系统的抖振，确保整个控制系统的全局渐进稳定性，提高了系统的可靠性和对参数变化的鲁棒性。

本发明采用的技术方案是：

微陀螺仪的反演自适应模糊动态滑模控制方法，包括以下步骤：

1)建立微陀螺仪的非量纲动力学方程；

2)根据Lyapunov理论设计得到动态滑模控制律，并将其作用于微陀螺仪系统的控制输入的导数；

3)根据Lyapunov理论设计模糊自适应律，实时在线调节微陀螺仪系统，确保全局渐进稳定性。

前述的步骤1)建立微陀螺仪的非量纲动力学方程包括以下步骤：

1-1)对z轴微陀螺仪而言，微陀螺仪的质量块被限制只能在x-y平面内运动，而不能沿z轴运动，假定输入角速度在足够长的时间内保持不变，得到如下的动力学方程：