[发明专利]微陀螺仪的自适应迭代学习控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及振动式微陀螺仪的控制系统及方法，特别是涉及振动式微陀螺仪的自适应迭代学习控制系统及方法。 

背景技术

振动式微陀螺仪(MEMS Vibratory Gyroscopes，以下简称微陀螺仪)是利用微电子技术和微加工技术加工而成的用来感测角速度的传感器件。它通过一个由硅制成的振动的微机械部件来检测角速度，因此微陀螺仪非常容易小型化和批量生产，具有成本低和体积小等特点，因而被广泛应用在航空、航天、航海、陆地车辆的导航与定位、消费电子领域及油田勘探开发等军事、民用领域中。但是，由于生产制造过程中不可避免的加工误差以及环境温度的影响，会造成原件特性与设计之间的差异，导致微陀螺仪存在参数不确定性，难以建立精确的数学模型。再加上工作环境中的外界扰动作用不可忽略，使得微陀螺仪的轨迹追踪控制难以实现，且鲁棒性较低。 

目前，国内外对于微陀螺仪的研究目前主要集中在结构设计及制造技术方面，以及上述的机械补偿技术和驱动电路研究，而对于微陀螺仪振动轨迹的跟踪控制方面的研究却很少，特别是利用现代智能控制方法实现轨迹跟踪方面的研究和成果十分缺乏。 

现有的应用到微陀螺仪的控制方法有自适应控制和滑模控制等方法，但这些设计方法较为复杂，计算量大，难以应用，且对外界扰动的鲁棒性很低，易使系统变得不稳定。 

由此可见，上述现有的陀螺仪在使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决现有的陀螺仪在使用上存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成。 

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的微陀螺仪控制方法存在的缺陷，特别是在存在模型参数不确定以及外界噪声干扰情况下，为提高微陀螺仪系统对参考轨迹的跟踪性能而提供一种微陀螺仪的自适应迭代学习控制系统及方法。 

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的，微陀螺仪的自适应迭代学习控制系统，包括： 

参考轨迹模块(101)，用于输出微陀螺仪x和y轴振动的参考轨迹，包括位置、速度信号； 

自适应律模块(102)，用于接收参考轨迹及微陀螺仪系统的输出，利用自适应律估计出参数的增量； 

控制器模块(103)，用于接收新的参数估计，并和轨迹跟踪误差、速度跟踪误差共同作用产生自适应迭代学习控制方法的控制信号输出； 

微陀螺仪系统(104)，被控对象的数学模型，考虑了机械噪声的影响，接收控制器模块的输出信号，输出微陀螺仪振动部件的位置和速度信息； 

存储模块(105)，用于保存本次迭代时的参数估计信息，用于下一次迭代时的参数估计。 

微陀螺仪的自适应迭代学习控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 

1)建立微陀螺仪的无量纲动力学模型； 

2)参考轨迹模块输出微陀螺仪x和y轴振动的参考轨迹，包括位置、速度 信号； 

3)自适应律模块接收参考轨迹及微陀螺仪系统的输出，利用自适应律估计出参数的增量； 

4)控制器模块接收新的参数估计，并和轨迹跟踪误差、速度跟踪误差共同作用产生自适应迭代学习控制方法的控制信号输出； 

5)接收控制器模块的输出信号，输出微陀螺仪振动部件的位置和速度信息； 

6)利用迭代方法重复步骤3)-步骤5)，得到最终的微陀螺仪振动部件的位置和速度信息。 

在所述步骤1)中，微陀螺仪的无量纲动力学模型为： 

在考虑外界干扰时，振动式微陀螺仪模型用式(6)表达：

其中：d表示外界干扰；