[发明专利]一种MEMS陀螺仪的输出反馈控制方法和装置

说明书

本申请公开了一种MEMS陀螺仪的输出反馈控制方法和装置，以克服在MEMS陀螺仪驱动控制过程中，现有控制器因速度信号不可测而不适用于工程应用的问题。该方法包括：构建考虑外部干扰的MEMS陀螺动力学模型；根据所述MEMS陀螺动力学模型构建用于估计不可测速度信号的滑模观测器和用于估计外部干扰的扰动观测器；构建输出反馈控制器；采用所述滑模观测器、所述扰动观测器和所述输出反馈控制器来驱动所述MEMS陀螺仪动力学模型。

技术领域

本发明涉及智能化仪器仪表领域，更具体地说，涉及一种MEMS陀螺仪的输出反馈控制方法和装置。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)陀螺仪广泛应用于机器人、消费电子、可穿戴设备等角速度测量领域。MEMS陀螺仪的驱动控制性能直接影响到角速率测量精度。但是，由于MEMS陀螺仪检测质量块的速度信号不可测，所以在MEMS陀螺仪驱动控制过程中，凡是使用到速度信号的控制器均不可在工程中应用，例如常规PID控制器在工程应用中不得不退化成PI控制器，这严重限制了其驱动控制性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种MEMS陀螺仪的输出反馈控制方法和装置，以克服在MEMS陀螺仪驱动控制过程中，现有控制器因速度信号不可测而不适用于工程应用的问题。

一种MEMS陀螺仪的输出反馈控制方法，包括：

构建考虑外部干扰的MEMS陀螺动力学模型；

根据所述MEMS陀螺动力学模型构建用于估计不可测速度信号的滑模观测器和用于估计外部干扰的扰动观测器；

构建输出反馈控制器；

采用所述滑模观测器、所述扰动观测器和所述输出反馈控制器来驱动所述MEMS陀螺仪动力学模型。

可选的，所述构建考虑外部干扰的MEMS陀螺动力学模型，包括：

考虑外部干扰的MEMS陀螺动力学模型为：

式(1)中，x和y分别为MEMS陀螺仪检测质量块沿驱动轴和检测轴的位移，为x的一阶导数，为x的二阶导数，为y的一阶导数，为y的二阶导数，c_xx和c_yy为阻尼系数，k_xx和k_yy为刚度系数，c_xy和c_yx为阻尼耦合系数，k_xy和k_yx为刚度耦合系数，Ω为陀螺输入角速度，k_d1＞0和k_d2＞0为扰动参数，d₁和d₂分别为驱动轴和检测轴上的外部干扰，u₁和u₂分别为驱动轴和检测轴上的控制输入；

定义则式(1)变形为：

式(2)中，为θ的一阶导数，为θ的二阶导数。

可选的，所述根据所述MEMS陀螺动力学模型构建用于估计不可测速度信号的滑模观测器和用于估计外部干扰的扰动观测器，包括：

定义z₁＝θ，则式(2)的严格反馈形式为

式(3)中，是z_i的一阶导数；

为估计不可测速度信号z₂，设计滑模观测器为

其中，是z_i的估计，是的一阶导数，α_i＞0和β_i＞0是待设计的参数；