[发明专利]基于区间数据激励的MEMS陀螺仪参数辨识自适应驱动控制方法

摘要

本发明涉及一种基于区间数据激励的MEMS陀螺仪参数辨识自适应驱动控制方法，属于智能化仪器仪表领域。该方法将陀螺仪动力学模型转化为无量纲的动力学线性参数化模型；并基于历史数据构造预测误差，结合预测误差和跟踪误差设计参数更新律，实现参数精确辨识；参数更新律采用区间激励的方式松绑了参数辨识对持续激励条件的苛刻要求；设计控制器实现陀螺驱动控制。本发明设计的基于区间数据激励的MEMS陀螺仪参数辨识自适应驱动控制方法可解决参数辨识难以获取真值且对持续激励条件要求严苛的问题，获取精确的动力学模型，同时实现高精度陀螺仪驱动控制，进一步改善MEMS陀螺仪性能。

主权项

1.一种基于区间数据激励的MEMS陀螺仪参数辨识自适应驱动控制方法，其特征在于步骤如下：/n步骤1：考虑存在正交误差的MEMS陀螺动力学模型为：/n /n其中，m为检测质量块的质量；Ω_z为陀螺输入角速度，和x^*分别为MEMS陀螺仪检测质量块沿驱动轴的加速度、速度和位移，和y^*分别为沿检测轴的加速度、速度和位移，和为静电驱动力，c_xx和c_yy为阻尼系数，k_xx和k_yy为刚度系数，和为非线性系数，c_xy和c_yx为阻尼耦合系数，k_xy和k_yx为刚度耦合系数；上述参数根据振动式硅微机械陀螺参数选取；/n取无量纲化时间t＝ω_ot^*，无量纲化位移x＝x^*/q₀，y＝y^*/q₀，其中ω₀为参考频率，q₀为参考长度，对MEMS陀螺动力学模型进行无量纲化处理，并在等式两边同时除以得到/n /n其中，和x分别为MEMS陀螺仪检测质量块沿驱动轴的无量纲加速度、无量纲速度和无量纲位移，和y分别为沿检测轴的无量纲加速度、无量纲速度和无量纲位移；/n重新定义/n /n /n /n /n则式(2)可以改写为/n /n定义θ₁＝[x,y]^T，则式(3)可写为/n /n其中，U＝[u₁,u₂]^T，F(z)＝[f₁,f₂]^T，/n假设是待辨识的未知参数矩阵，是连续可微回归函数向量，对F(z)进行线性参数化，得到/nF(z)＝W^*TΦ(z) (5)/n其中，Φ(z)＝z；/n步骤2：给出MEMS陀螺动力学式(1)的参考轨迹为/n /n其中，和分别为检测质量块沿驱动轴和检测轴的参考振动位移信号，和分别为驱动轴和检测轴振动的参考振幅，ω₁和ω₂分别为驱动轴和检测轴振动的参考角频率，和分别为驱动轴和检测轴振动的相位；/n则无量纲动力学式(4)的参考轨迹为/n /n其中，且待设计参数/n定义跟踪误差为/n /n则控制器设计为/nU＝U_n+U_pd-U_ad (9)/n /nU_pd＝K₁e₁+K₂e₂ (11)/n /n其中，是W^*的估计值，待设计参数和满足Hurwitz条件；/n给出参数的自适应律为/n /n其中，等式右边第一项采用当前时刻数据计算，第二项采用t∈[T_e-τ_d,T_e]内数据计算，待设计参数和满足Hurwitz条件，T_e和τ_d均为正常数且T_e>τ_d，B＝[0_2×2,I_2×2]^T；且预测误差定义为/n /n其中，等式右边第一项等式右边第二项且/n步骤3：基于参数自适应律式(13)设计控制器(9)驱动无量纲动力学(4)，并通过量纲转换返回MEMS陀螺动力学模型(1)，实现陀螺驱动控制及动力学参数辨识。/n