[发明专利]一种基于遗传优化的超流体陀螺控制系统设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于遗传优化的超流体陀螺控制系统设计方法，适用于超流体陀螺控制系统的优化。

技术背景

自19世纪末到现在，陀螺仪作为主要的惯性导航检测设备，在军、民用领域发挥着重要的作用。传统概念的陀螺是通过转子转动产生动量矩来敏感陀螺壳体相对惯性空间的角运动。近年来随着光学、低温物理学等领域的快速发展，出现了一系列新型的陀螺。这种陀螺不再拥有高速旋转的转子，而是基于新型的物理机理来完成壳体相对惯性空间的运动测量。激光陀螺的精度较高，但加工复杂且存在闭锁问题。光纤陀螺加工简单、精度高，但系统稳定性差，体积大。基于低温物理学发展起来的有冷原子束陀螺和超流体陀螺，其中前者在激光冷却技术和捕获原子的精确控制方面存在巨大挑战，后者凭借其无粘滞性、无摩擦、高精度、高灵敏度的优良性能，近年来引起了国内学者的极大关注。

基于交流约瑟夫森效应的超流体陀螺，利用⁴He超流体在环形腔的物质波干涉效应实现对转动角的测量，灵敏度可达比光纤陀螺高10个数量级。但是该陀螺量程范围过小，通过注入热相位实现超流体陀螺的幅值锁定，从而达到扩张量程的目的，但是热相位的注入过程是一个惯性环节，设计带有模糊自适应PID控制器的超流体回路可以实现热相位的实时动态补偿，然而模糊控制器隶属函数和控制规则的选取受人为主观因素影响较大，能否选择合理的控制参数，直接影响超流体陀螺系统的稳定性和测量精度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服超流体陀螺中，角速度无法通过检测的薄膜位移直接反解求得的问题，通过热相位补偿实现薄膜幅值锁定，得出角速度求解的通用公式。在带有模糊自适应PID控制器的超流体回路中，引入重叠因子，对三角形隶属函数进行遗传优化，保证超流体陀螺控制器参数选取的高效性和合理性，进而实现超流体陀螺系统的高稳定和高精度检测。

本发明的技术解决方案是：根据双弱连接超流体陀螺的工作原理，建立超流体陀螺的数学模型；利用幅值锁定补偿方法建立超流体陀螺角速度模型；在带有模糊控制器的超流体控制回路中，使用间接编码三角形隶属函数左半宽度的遗传算法优化模糊控制器的隶属函数，提高遗传优化效率和模糊控制器的控制精度，从而提高整个超流体陀螺控制系统性能。

具体包括以下步骤：

(1)根据双弱连接超流体陀螺的工作原理，建立超流体陀螺的数学模型：

x(t)=1ρ1A→∫0tI(t)dt]]>

其中，

Δφ=Δφω+Δφheat=2πmhω→·A→+Δφheat]]>