[发明专利]带误差限定的微陀螺滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种带误差限定的微陀螺滑模控制方法，包括如下步骤：1)建立微陀螺仪的数学模型；2)误差限定边界的设计；3)等效误差变换；4)使用等效误差进行的滑模面设计；5)控制力设计；6)稳定性证明。本发明提供一种带误差限定的微陀螺滑模控制方法，本方法能够在进行微陀螺控制之前就人为设计好所需要的误差指标曲线，从而保证微陀螺系统的高质量响应，保证系统的稳定性。

技术领域

本发明属于自动控制系统技术领域，具体涉及一种带误差限定的微陀螺滑模控制方法。

背景技术

微陀螺仪是很常见的测量角速度的传感器，在很多领域得到应用，如导航、手机、航模以及军事制导等等。微陀螺仪是一种能够将一个轴上的能量转移到令一个轴上的装置，其原理是利用科里奥利力(即地球自转偏向力)。测量角速度的过程需要在驱动轴上加上振幅和频率都稳定的振动信号，感应轴和驱动轴处于同一平面并且互相垂直，当有与驱动轴和感应轴都垂直的角速度输入时，感应轴上会感应到科里奥利力，科里奥利力的大小与角速度成正比关系。

而由于机械加工的误差，驱动轴和感应轴并不完全垂直，造成两轴之间产生附加耦合。此外，机械噪声，热噪声，感测电路的噪声，微陀螺仪本身参数的偏差和外部干扰都会造成微陀螺仪的性能下降。因此，有必要对微陀螺仪采用先进的控制方法来进行控制。

通常方法能够驱动微陀螺在驱动轴和感应轴上进行振荡，但是振荡的暂态过程难以保证。可能会出现振动幅值过大，振荡收敛时间过长等不良性能。本专利所设计的一种带误差限定的微陀螺滑模控制方法，能够在进行微陀螺控制之前就人为设计好所需要的误差指标曲线，从而保证微陀螺系统的高质量响应。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了克服传统控制方法不能保障MEMS微陀螺误差指标符合设计要求的问题，包括微陀螺误差的暂态有界性和误差收敛的快速性。本发明提供一种带误差限定的微陀螺滑模控制方法，本方法能够在进行微陀螺控制之前就人为设计好所需要的误差指标曲线，从而保证微陀螺系统的高质量响应，保证系统的稳定性。

技术方案：本发明所述的带误差限定的微陀螺滑模控制方法，包括如下步骤：

1)建立微陀螺仪的数学模型；

2)误差限定边界的设计；

3)等效误差变换；

4)使用等效误差进行的滑模面设计；

5)控制力设计；

6)稳定性证明。

进一步的，步骤1)中微陀螺仪的数学模型为：

其中

其中x,y代表陀螺仪在XY轴方向上的位移，d_xx d_yy为XY轴方向弹簧的弹性系数，k_xxk_yy为XY轴方向的阻尼系数，d_xy、k_xy是由于加工误差等引起的耦合参数，m为陀螺仪质量块的质量，Ω_z为质量块自转的角速度，u_x,u_y为XY轴方向上的控制力信号。

进一步的，步骤1)中微陀螺仪的数学模型考虑系统参数不确定和外界干扰，模型为：

其中且F有界，上界设为F_d，满足|F|<F_d；

写成状态方程形式为

其中q₁＝q，

进一步的，步骤2)中定义误差限定边界为：