[发明专利]用于微陀螺仪的自适应模糊滑模控制器

说明书

技术领域

本发明涉及微陀螺仪的控制器设计，特别涉及一种自适应模糊滑模控制方法在微陀螺仪控制器上的应用。

背景技术

微陀螺仪是测量角速率的惯性传感器，与传统陀螺仪相比，微陀螺仪在体积和成本上有着巨大的优势，因此有着广阔的应用市场，比如在导航制导、消费电子、航海和国防上。但是，由于生产制造过程中的误差存在和环境温度的影响，造成原件特性与设计之间的差异，导致存在耦合的刚度系数和阻尼系数，降低了微陀螺仪的灵敏度和精度。此外，陀螺仪本身属于多输入多输出系统，存在参数的不确定性和外界干扰对系统参数的造成的波动，补偿制造误差和外界干扰成为微陀螺仪控制的主要问题。

传统的模糊控制器设计不依靠被控对象的模型，而是它依靠控制专家或操作者的经验知识，其不便于控制参数的自我学习和调整，因而难以保证控制系统的稳定性。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种用于微陀螺仪的自适应模糊滑模控制器，它可有效的提高系统的稳定性、可靠性和动态品质，并且有效的降低了抖振现象。

自适应模糊控制方法是具有自适应学习算法的模糊逻辑系统，其学习算法是依靠数据信息来调整模糊逻辑系统的参数，它可以保证控制系统的稳定性。目前，其中的控制方案都是用误差和误差变化率作为模糊输入变量，所以在实际中需要较多的模糊规则，提高了系统的复杂程度。

为解决这个问题，本发明的设计思路是：用滑模面作为模糊输入变量，这样可以将自适应模糊控制和模糊滑模控制相结合，吸取两者的优点，可以自动调整权值，通过动态自适应律来产生令人满意的系统响应，并且可以如模糊滑模控制一样显著地减少模糊规则的数量。总之，本发明的自适应模糊滑模控制方法可以不依赖系统的模型，具有简化模糊控制系统结构复杂性的作用。其中，其还通过Lyapunov方法设计控制器参数的自适应算法，实时在线调整控制器参数，从而进一步保证系统全局的稳定性。

简而言之，本发明是：

设计一个理想的微陀螺仪动态模型，作为系统参考轨迹，控制目标是保证实际微陀螺仪轨迹追踪上参考轨迹，达到一种理想的动态特性，补偿制造误差和环境干扰。本发明的自适应模糊滑模控制方法包括自适应模糊控制和切换控制。在自适应模糊控制的设计中，首先设计积分滑模面，将该滑模面作为模糊控制器的输入，用自适应模糊控制器自动调整权值，通过动态自适应律来模糊逼近等效控制律；在切换控制设计中，用切换控制器来补偿等效控制律和模糊控制器之间的误差，并且自适应估计误差上界，由于其存在在线调节，因此明显地削弱了抖振。自适应算法采用基于Lyapunov稳定性方法设计，从而保证微陀螺仪轨迹追踪上理想模型以及系统的全局渐进稳定性，提高了系统的可靠性。

迄今为止，本发明的自适应模糊滑模控制方法尚未应用于在微陀螺仪的控制中。

本发明的技术方案是提供一种用于微陀螺仪的自适应模糊滑模控制器，其特征在于：其包括基于参考模型的自适应模糊控制系统和切换控制系统；在自适应模糊控制系统中，采用滑模面作为模糊控制器的输入，并采用动态自适应律自动调整权值，从而模糊逼近等效控制律。

优选的，在所述切换控制系统中采用切换控制器来补偿所述等效控制律和所述模糊控制器之间的误差。

优选的，所述自适应模糊控制系统的参数的自适应算法采用Lyapunov方法设计，以保证微陀螺仪轨迹追踪上参考模型和整个控制系统的全局渐进稳定性。