[发明专利]基于T-S模糊模型的微陀螺仪滑模自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明属于微陀螺仪控制技术领域，具体涉及一种基于T-S模糊模型的微陀螺仪滑模自适应控制方法。

背景技术

陀螺仪是惯性导航与制导的基本测量元件，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，在测量精度上也有着巨大的提高，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。但在实际上，生产制造过程中的制造误差和环境温度的影响导致耦合的刚度系数和阻尼系数的存在，从而产生机械和静电力形式的系统固有干扰，造成原件特性与设计之间的差异，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，参数的不确定和外界干扰会对系统参数造成波动。补偿制造误差和轨迹控制成为微陀螺仪控制的主要问题。而普通的微陀螺仪控制是在其线性模型的基础上进行控制，未考到实际被控模型更接近于非线性模型的问题，本发明就是在微陀螺仪非线性模型的基础上建立其T-S模糊模型，然后对其T-S模糊模型进行轨迹控制。

T-S模糊模型的本质是一个非线性动力学模型可以看成是许多个局部线性模型的模糊逼近，T-S模糊模型由一组if-then规则来描述非线性系统，每一个规则代表一个子系统，整个模糊系统即为各个子系统的线性组合。滑模控制是把误差控制转换为滑模函数的控制，滑模控制针对干扰设计控制器，可以根据系统在动态过程中的当前状态有目的地不断变化，迫使系统按照预定的滑动模态的状态轨迹运动，具有强抗干扰性。自适应模糊控制是具有自适应学习的模糊逻辑系统，其可以任意设定控制对象参数的初始值，然后通过设计控制器参数的自适应算法，调节自适应参数，实时在线更新控制器参数，来保证任意初始值下系统控制的快速性和稳定性。

发明内容

为了解决普通微陀螺仪控制方法控制对象和实际被控对象之间存在差异，使微陀螺仪的轨迹控制更接近实际，本发明在微陀螺仪非线性模型的基础上建立其T-S不确定系统模型，根据不确定系统变结构控制理论设计控制器，对干扰上界和参数不确定项进行估计，基于Lyapunov方法设计自适应控制算法，确保了整个控制系统的全局渐进稳定，提高了系统对参数变化的鲁棒性，补偿了制造误差。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

基于T-S模糊模型的微陀螺仪滑模自适应控制方法，包括以下步骤

1）建立微陀螺仪的无量纲非线性运动微分方程；

2）基于微陀螺仪T-S模型，建立微陀螺仪全局不确定系统状态方程；

3）判断微陀螺仪全局不确定系统模型是否满足连续，匹配，可控和有界条件；

4）基于不确定系统变结构控制理论设计控制器，使全局不确定系统模型轨迹跟踪参考模型轨迹；

5）根据Lyapunov函数理论设计自适应控制算法，确保系统渐进稳定。

前述的步骤1）中无量纲非线性运动矢量方程通过如下步骤完成：

1-1）考虑到制造误差和非线性弹簧效应的存在，实际微陀螺仪的非线性数学模型可简化近似为：