微陀螺儀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑模控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種微陀螺儀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑?？刂品椒?，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑模控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)控制律，并將其作為微陀螺儀的控制輸入，并基于Lyapunov函數(shù)理論設(shè)計(jì)自適應(yīng)律，驗(yàn)證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。全局滑?？刂仆ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)非線性滑模面來(lái)實(shí)現(xiàn)，其消除滑?？刂频牡竭_(dá)運(yùn)動(dòng)階段不具有魯棒性的缺點(diǎn)，使系統(tǒng)在響應(yīng)的全過(guò)程都具有魯棒性，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑模控制利用全局滑模控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制功能，以降低各自的缺點(diǎn)。本發(fā)明簡(jiǎn)化了滑模系數(shù)的選取，提高了滑模控制系統(tǒng)的瞬態(tài)特性和魯棒性，使閉環(huán)控制系統(tǒng)具有了全局魯棒性，并消除了滑?？刂浦械亩墩瘢瑸槲⑼勇輧x應(yīng)用范圍的擴(kuò)展提供了有力基礎(chǔ)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】CN 103529701 A
書(shū)
明
說(shuō)
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微陀螺儀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑?？刂品椒?br> 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微陀螺儀的控制方法，特別是涉及微陀螺儀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑?？刂?方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微陀螺儀是慣性導(dǎo)航和慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的基本測(cè)量元件。因其在體積和成本方面的 巨大優(yōu)勢(shì)，微陀螺儀廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車(chē)、生物醫(yī)學(xué)、軍事以及消費(fèi)電子領(lǐng)域。但是， 由于設(shè)計(jì)與制造中的誤差存在和溫度擾動(dòng)，會(huì)造成原件特性與設(shè)計(jì)之間的差異，降低了微 陀螺儀系統(tǒng)的性能。微陀螺儀本身屬于多輸入多輸出系統(tǒng)并且系統(tǒng)參數(shù)存在不確定性以及 易受外界環(huán)境的影響。補(bǔ)償制造誤差和測(cè)量角速度成為微陀螺儀控制的主要問(wèn)題，有必要 對(duì)微陀螺儀系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償和調(diào)整。
[0003]目前有將各種先進(jìn)控制方法應(yīng)用到微陀螺儀的控制當(dāng)中，典型的有自適應(yīng)控制和 滑?？刂品椒?。這些先進(jìn)方法一方面補(bǔ)償了制作誤差引起的正交誤差，另一方面實(shí)現(xiàn)了對(duì) 微陀螺儀的軌跡控制。但自適應(yīng)控制對(duì)外界擾動(dòng)的魯棒性很低，易使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。
[0004]由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的陀螺儀在使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn) 一步改進(jìn)。為了解決現(xiàn)有的陀螺儀在使用上存在的問(wèn)題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來(lái)謀求解 決之道，但長(zhǎng)久以來(lái)一直未見(jiàn)適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的微陀螺儀控制方法存在的缺陷，特別是提高微陀 螺儀系統(tǒng)在存在模型不確定、參數(shù)攝動(dòng)以及外界噪聲等各種干擾，在消除系統(tǒng)抖振的情況 下而不影響理想軌跡的追蹤性能和整個(gè)系統(tǒng)的魯棒性，提供一種微陀螺儀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局 滑?？刂品椒ā?br> [0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007]微陀螺儀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑?？刂品椒ǎㄈ缦虏襟E：
[0008]I)建立微陀螺儀的理想動(dòng)力學(xué)方程；
[0009]2)根據(jù)旋轉(zhuǎn)系中的牛頓定律建立微陀螺儀的無(wú)量綱動(dòng)力學(xué)方程；
[0010]3)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑?？刂葡到y(tǒng)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑模控制設(shè)計(jì)控制律，將 其作為微陀螺儀的控制輸入，包括如下步驟
[0011]3-1)設(shè)計(jì)全局動(dòng)態(tài)滑模面s為= + ⑴
[0012]其中，e為跟蹤誤差，e = q-qffl, q為微陀螺儀運(yùn)動(dòng)軌跡，Qffl為理想軌跡
[0013]f(t)是為了達(dá)到全局滑模面而設(shè)計(jì)的函數(shù)，f(t) = f (0)e_kt
[0014]c為滑模系數(shù)，k為常數(shù)；
[0015]3-2)設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑?？刂坡蒛1，使微陀螺儀實(shí)際軌跡跟蹤上理想軌跡，
[0016]U1 = ueq+uvs+un
[0017]其中，
4[0018]
【權(quán)利要求】
1.微陀螺儀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑?？刂品椒?，其特征在于，包括如下步驟：.1)建立微陀螺儀的理想動(dòng)力學(xué)方程；.2)根據(jù)旋轉(zhuǎn)系中的牛頓定律建立微陀螺儀的無(wú)量綱動(dòng)力學(xué)方程；.3)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑?？刂葡到y(tǒng)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑?？刂圃O(shè)計(jì)控制律，將其作為微陀螺儀的控制輸入，包括如下步驟.3-1)設(shè)計(jì)全局動(dòng)態(tài)滑模面s為：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微陀螺儀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑?？刂品椒ǎ涮卣髟谟?，所述步驟I)中，微陀螺儀的理想動(dòng)力學(xué)方程為：xm = A1Sin (wjt)，ym = A2Sin (w2t)其中WpW2分別是微陀螺儀在X軸和y軸方向上的振動(dòng)頻率,W1幸W2,且都不為零,A1^ A2分別為微陀螺儀在X軸和y軸方向上的振幅，t是時(shí)間；寫(xiě)成向量形式為：Hq,,,其中，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微陀螺儀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑?？刂品椒ǎ涮卣髟谟冢霾襟E2)中，建立微陀螺儀的無(wú)量綱動(dòng)力學(xué)方程具體為，.2-1)考慮到制造缺陷和加工誤差，實(shí)際微陀螺儀的集總參數(shù)數(shù)學(xué)模型為
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的微陀螺儀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)全局滑?？刂品椒ǎ涮卣髟谟?，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用來(lái)估計(jì)外部的干擾，外部干擾d設(shè)計(jì)為： d = co、（x) + €，^為映射誤差。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK103529701SQ201310419400
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】?jī)?chǔ)云迪, 費(fèi)峻濤 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)