[发明专利]一种MEMS陀螺仪数据驱动高精度自抗扰控制方法

说明书

本发明提出了一种MEMS陀螺仪数据驱动高精度自抗扰控制方法,建立MEMS陀螺仪系统驱动轴的等效双积分受扰动力学模型，并获取模型的时域状态空间表达形式，将内部不确定动态和外界干扰等效为集总干扰，获取MEMS陀螺仪驱动的扩张状态系统模型；根据第一步中的MEMS陀螺仪动力学模型，建立时域线性自抗扰控制器，并根据Laplace变换，获取线性自抗扰控制器的频率域表达形式；利用迭代反馈整定方法，对第二步的控制器参数赋初值，通过每代三次试验对自抗扰控制器的参数进行迭代更新与优化；寻优过程结束并将第三步中获取的最优控制参数赋值于第二步的自抗扰控制器，实现对陀螺受扰的最优估计与补偿，以实现陀螺的高精度抗扰驱动控制。

技术领域

本发明涉及MEMS陀螺仪的高精度控制领域，尤其是一种数据驱动的高精度MEMS陀螺仪自抗扰控制方法。

背景技术

在机载航姿参考系统中，MEMS陀螺仪具有体积小、低成本、功耗低、可靠性高和可大批生产等优势，在这些方面上显著优于传统的机械陀螺仪、激光陀螺仪和光纤陀螺仪，现已成功用于民用直升机吊舱陀螺稳定观测系统和飞行器稳定控制等机载相关领域。因此对于新型、小型化和节能航空器，MEMS陀螺仪是理想的新一代机载姿态传感机构。

然而，在工程实践应用中，MEMS陀螺仪得益于小型化优势的同时，其易受工作环境温度、气压、磁场和振动等干扰的严重影响，造成驱动精度低，驱动控制适应性设计困难等问题，为MEMS陀螺仪在民用飞机等高可靠性要求航空器中进一步的应用和推广提出了巨大的挑战。其中，对MEMS陀螺仪驱动控制的挑战主要体现在：首先，多模态振动是MEMS陀螺仪系统中一种周期的、复杂的干扰，易使陀螺系统出现震荡、稳态误差甚至系统不稳定的情况；其次MEMS陀螺仪的系统参数易受环境影响，且此类影响多为随不同工况时变的或非线性的扰动，较难进行量化和建模，相应地较难设计和整定驱动控制器参数，因此同时较难通过设计LQR/LQG最优控制、频域干扰观测器控制、H_∞鲁棒控制及反步法自适应控制等严重依赖于精准模型信息的控制器进行控制精度的提升。因此，MEMS陀螺仪不依赖模型、数据驱动的高精度抗干扰控制方法是一项关键技术，对使用MEMS陀螺仪的航空器实现高精度姿态控制具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对MEMS陀螺仪系统工作过程中受到气压、温度等环境因素以及振动等扰动带来的影响，提出一种MEMS陀螺仪数据驱动高精度自抗扰控制方法，解决MEMS陀螺仪在工作过程中受各类干扰导致控制精度低以及系统不确定性对控制器参数设计和整定困难的问题，提高控制力矩陀螺输出力矩精度及响应速度，实现MEMS陀螺仪系统高精度控制，具有工程实用性强、控制器环境适应性强、抗干扰性高的优点。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种MEMS陀螺仪数据驱动高精度自抗扰控制方法，包括以下步骤：

第一步，建立MEMS陀螺仪系统驱动轴的等效双积分受扰动力学模型，并获取模型的时域状态空间表达形式，将内部不确定动态和外界干扰等效为集总干扰，获取MEMS陀螺仪驱动的扩张状态系统模型。

第二步，根据第一步中的MEMS陀螺仪动力学模型，建立时域线性自抗扰控制器，并根据Laplace变换，获取线性自抗扰控制器的频率域表达形式。

第三步，利用迭代反馈整定方法，对第二步的控制器参数赋初值，通过每代三次试验对自抗扰控制器的参数进行迭代更新与优化。

第四步，寻优过程结束并将第三步中获取的最优控制参数赋值于第二步的自抗扰控制器，实现对陀螺受扰的最优估计与补偿，以实现陀螺驱动控制。