專利名稱：基于t-s模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明屬于微陀螺儀控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法。
背景技術(shù)：
:陀螺儀是慣性導(dǎo)航與制導(dǎo)的基本測量元件，與傳統(tǒng)陀螺儀相比，微陀螺儀在體積和成本上有著巨大的優(yōu)勢，在測量精度上也有著巨大的提高，因此有著廣闊的應(yīng)用市場，比如在導(dǎo)航制導(dǎo)、消費(fèi)電子、航海和國防上。但在實(shí)際上，生產(chǎn)制造過程中的制造誤差和環(huán)境溫度的影響導(dǎo)致耦合的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)的存在，從而產(chǎn)生機(jī)械和靜電力形式的系統(tǒng)固有干擾，造成原件特性與設(shè)計之間的差異，降低了微陀螺儀的靈敏度和精度。此外，陀螺儀本身屬于多輸入多輸出系統(tǒng)，參數(shù)的不確定和外界干擾會對系統(tǒng)參數(shù)造成波動。補(bǔ)償制造誤差和軌跡控制成為微陀螺儀控制的主要問題。而普通的微陀螺儀控制是在其線性模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制，未考到實(shí)際被控模型更接近于非線性模型的問題，本發(fā)明就是在微陀螺儀非線性模型的基礎(chǔ)上建立其T-S模糊模型，然后對其T-S模糊模型進(jìn)行軌跡控制。T-S模糊模型的本質(zhì)是一個非線性動力學(xué)模型可以看成是許多個局部線性模型的模糊逼近，T-S模糊模型由一組if-then規(guī)則來描述非線性系統(tǒng),每一個規(guī)則代表一個子系統(tǒng)，整個模糊系統(tǒng)即為各個子系統(tǒng)的線性組合。模糊控制是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種智能控制方法，它首先將操作人員或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)變成模糊規(guī)則，然后將由傳感器來的實(shí)時信號模糊化，將模糊化得信號作為模糊規(guī)則的輸入，完成模糊推理，最終將推理后得到的輸出量加到執(zhí)行器上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模糊控制。自適應(yīng)模糊控制是具有自適應(yīng)學(xué)習(xí)的模糊邏輯系統(tǒng)，其可以任意設(shè)定控制對象參數(shù)的初始值，然后通過設(shè)計控制器參數(shù)的自適應(yīng)算法，調(diào)節(jié)自適應(yīng)參數(shù)，實(shí)時在線更新控制器參數(shù)，來保證任意初始值下系統(tǒng)控制的快速性和穩(wěn)定性
發(fā)明內(nèi)容
:為了解決普通微陀螺儀控制方法的控制對象和實(shí)際被控對象之間存在差異，使微陀螺儀的軌跡控制更漸進(jìn)實(shí)際，本發(fā)明在微陀螺儀非線性模型的基礎(chǔ)上建立其T-S模型，然后在其T-S模型的基礎(chǔ)上，基于Lyapunov方法設(shè)計自適應(yīng)模糊控制算法，確保了整個控制系統(tǒng)的全局漸進(jìn)穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)對參數(shù)變化的魯棒性，補(bǔ)償了制造誤差。為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟I)建立微陀螺儀的無量綱非線性運(yùn)動矢量方程；2)在微陀螺儀無量綱非線性運(yùn)動矢量方程的基礎(chǔ)上，建立其T-S模糊模型，并通過單點(diǎn)模糊化、乘積推理和中心平均加權(quán)反模糊化得到微陀螺儀模糊動態(tài)系統(tǒng)模型；3)根據(jù)并行分配補(bǔ)償法設(shè)計每一個T-S模糊子模型的局部線性狀態(tài)反饋控制器，并通過單點(diǎn)模糊化、乘積推理和中心平均加權(quán)反模糊化得到控制器輸出；
4)設(shè)計參考模型，讓微陀螺儀模糊動態(tài)系統(tǒng)模型軌跡跟蹤參考模型軌跡；5)根據(jù)Lyapunov函數(shù)理論設(shè)計自適應(yīng)控制算法,并進(jìn)行穩(wěn)定性分析；前述步驟I)的無量綱非線性運(yùn)動矢量方程是通過如下步驟完成的，1-1)考慮到制造誤差和非線性彈簧效應(yīng)的存在，實(shí)際微陀螺儀的非線性數(shù)學(xué)模型可簡化近似為:
權(quán)利要求
1.基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法，其特征在于，包括以下步驟 1)建立微陀螺儀的無量綱非線性運(yùn)動矢量方程； 2)在微陀螺儀無量綱非線性運(yùn)動矢量方程的基礎(chǔ)上，建立其T-S模糊模型，并通過單點(diǎn)模糊化、乘積推理和中心平均加權(quán)反模糊化得到微陀螺儀模糊動態(tài)系統(tǒng)模型； 3)根據(jù)并行分配補(bǔ)償法設(shè)計每一個T-S模糊子模型的局部線性狀態(tài)反饋控制器，并通過單點(diǎn)模糊化、乘積推理和中心平均加權(quán)反模糊化得到控制器輸出； 4)設(shè)計參考模型，讓微陀螺儀模糊動態(tài)系統(tǒng)模型軌跡跟蹤參考模型軌跡； 5)根據(jù)Lyapunov函數(shù)理論設(shè)計自適應(yīng)控制算法,并進(jìn)行穩(wěn)定性分析。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟I)的無量綱非線性運(yùn)動矢量方程是通過如下步驟完成的， 1-1)考慮到制造誤差和非線性彈簧效應(yīng)的存在，實(shí)際微陀螺儀的非線性數(shù)學(xué)模型可簡化近似為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟2)中T-S模糊模型由9條IF-THEN規(guī)則組成，所述規(guī)則為Rule 1:1F X is about Mil and y is about Mi2 and x is about Mi3 y is about Mi4。
= + i = 1,2,-,9 0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟2)中微陀螺儀模糊動態(tài)系統(tǒng)模型為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟3)中局部線性狀態(tài)反饋控制器由9條IF-THEN規(guī)則組成，所述規(guī)則為Rule 1:1F x is about Mjl and y is about Mj2 andx is about Mj3 j is about Mj40THEN S (t) = -Kj (t) *x (t) +Ij (t) *r (t)，j = 1，2，…，9。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟3)中局部線性狀態(tài)反饋控制器的輸出S(t)為
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟4)中定義參考模型是指把所述步驟3)中局部線性狀態(tài)反饋控制器的輸出S(t)帶入微陀螺儀模糊動態(tài)系統(tǒng)模型式(3)中，得到參考模型:qm=Amq+/i r(5)其中期望控制矩陣Am取值為，
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述局部線性狀態(tài)反饋控制器的輸出S(t)中，微陀螺儀T-S模糊模型的控制矩陣Ai和狀態(tài)變量q未知，為了使模糊系統(tǒng)式(3)在控制矩陣Ai未知的情況下跟蹤參考模型式(5)，將局部線性狀態(tài)反饋控制器的輸出S(t)調(diào)整為
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法，其特征在于，所述步驟5)根據(jù)Lyapunov函數(shù)理論設(shè)計自適應(yīng)控制算法,具體為， 5-1)定義Lyapunov函數(shù)V⑴為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于T-S模型的微陀螺儀模糊自適應(yīng)控制方法，在微陀螺儀非線性模型的基礎(chǔ)上建立其T-S模糊模型，通過單點(diǎn)模糊化、乘積推理和中心平均加權(quán)反模糊化得到其模糊動態(tài)系統(tǒng)模型；根據(jù)控制軌跡設(shè)計參考模型；基于并行分配補(bǔ)償法對每一個T-S模糊子模型設(shè)計局部線性狀態(tài)反饋控制器，使其模糊動態(tài)系統(tǒng)模型軌跡跟蹤參考模型軌跡；由于制造誤差和環(huán)境干擾的存在，其T-S模糊模型參數(shù)未知，設(shè)計參數(shù)估計器；為了使軌跡控制誤差和參數(shù)估計誤差全局漸進(jìn)穩(wěn)定，基于Lyapunov理論設(shè)計一種改進(jìn)型自適應(yīng)控制算法；將整個控制方案應(yīng)用到微陀螺儀非線性模型上，驗(yàn)證整體控制在微陀螺儀軌跡控制上的可行性和有效性。
文檔編號G05B13/04GK103197558SQ20131010539
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者王世濤, 費(fèi)峻濤 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)