[发明专利]基于递归模糊神经网络的微陀螺传感器终端滑模控制系统

说明书

本发明公开了一种微陀螺仪系统的新型递归模糊神经网络终端滑模控制系统，本发明采用的终端滑模控制在滑动超平面的设计中加入了非线性函数，使系统状态能够用更快的速度收敛至平衡点，从而加快了控制系统的响应速度。并且用递归模糊神经网络的输出代替终端滑模控制器中的不确定项，使系统的鲁棒性更强。

技术领域

本发明属于微陀螺仪的控制技术领域，尤其涉及基于递归模糊神经网络的微陀螺传感器终端滑模控制系统。

背景技术

微型陀螺仪是一种在惯性导航和惯性制导系统经常被用到的基本测量元件。微陀螺因其具备体积小、成本低、可靠性高的优势而广泛应用在航空、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。但是微陀螺仪在生产加工过程中存在一定误差，另外其原件特性容易受到环境变化的影响，这些因素都会降低陀螺仪系统灵敏度和精度。经过几十年的研究，微陀螺仪虽然在结构设计方面取得了显著的进步，但是由于环境干扰和制造误差的限制，微陀螺仪的发展难以取得质的飞跃。

目前普遍采用的微陀螺仪控制系统需要解决驱动轴振荡幅值和频率的稳定控制问题及两轴频率的匹配问题，但是传统方法往往存在抗扰性差、灵活性低、调试复杂的缺点，另外在传统控制过程中，微陀螺的实际阻尼系数、刚度系数等参数往往无法准确获取。这些缺陷使得传统微陀螺仪控制方法难以应用在高精度场合。

发明内容

为了改善微陀螺仪控制精度，提高控制系统的抗扰性，本发明提供了基于新型递归模糊神经网络的微陀螺传感器终端滑模控制系统。

本发明解决其技术问题采用的技术方案包括：

一种基于新型递归模糊神经网络的微陀螺传感器终端滑模控制系统，其特征在于，包括：系统无量纲动力学方程构建模块、终端滑模面函数构建模块、终端滑膜控制率确定模块、递归模糊神经网络建立模块、稳定性判断模块、系统控制率确定模块以及系统控制模块；

所述系统无量纲动力学方程构建模块，用于构建微陀螺仪的无量纲动力学方程；

所述终端滑模面函数构建模块，用于基于系统无量纲动力学方程构建模块确定所述无量纲动力学方程，根据定义的跟踪误差设计微陀螺仪系统的终端滑模面函数；

所述终端滑膜控制率确定模块，用于基于终端滑模面函数构建模块构建的所述终端滑模面函数确定包括系统不确定参数的终端滑模控制率；

所述递归模糊神经网络建立模块，用于构建递归模糊神经网络，并用递归模糊神经网络的输出逼近系统终端滑模控制率中的不确定参数；

系统控制率确定模块，用于基于所述稳定性判断模块的判定结果及所述递归模糊神经网络建立模块的输出结果，确定最终系统控制率；

所述稳定性判断模块，用于验证所述基于终端滑模率的控制系统的渐进稳定性以及验证最终系统控制率的渐进稳定性；

所述系统控制模块，用于利用最终系统控制率对微陀螺仪系统跟踪控制。

进一步地，所述终端滑模面函数构建模块构建的终端滑模面函数表达式为：

β、p和q均为滑模面参数，为跟踪误差e的导数，β是一个常数，p,q均为正奇数，且满足0＜q＜p。

进一步地，所述终端滑膜控制率确定模块确定的终端滑模控制率的表达式如下：

其中q_m是陀螺仪系统驱动模态和感应模态期望信号构成的矩阵，f(q,t)是陀螺仪系统中存在的不确定参数项，β、p和q均为滑模面设计的参数，L是外界干扰d(t)的上界值，η、η′＞0为指数趋近率中增益常数，s是终端滑模面函数。

进一步地，所述系统无量纲动力学方程构建模块构建的微陀螺仪无量纲动力学方程为：