[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

摘要

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。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，引入重叠因子，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。本发明属于新概念陀螺控制技术领域，可应用于超流体陀螺的控制系统优化设计。

主权项

一种基于遗传优化的超流体陀螺控制系统设计方法，其特征在于：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)=1ρtA.∫0t(t)dt]]>其中，Δφ=Δφω+Δφheat=2πmhω.·A.+Δφheat]]>式中，I(t)为环形腔内总的物质波流量，ρ1为超流体的密度，为感应面积的矢量，N为单个弱连接所含的孔数，I0为单孔临界超流体强度，Δu为由弱连接两侧压力差与温度差形成的化学势能差，Δφ为双弱连接处的相位差，Δφω为外部旋转角速度造成的萨格纳克相位移，Δφheat为注入的热相位，φ0为初始相位，为环形腔内总的物质波相位，h为普朗克常数，m为4He超流体原子的质量，为外界的旋转角速度；(2)建立超流体陀螺角速度模型针对步骤(1)所得到的超流体陀螺检测的数学模型，利用幅值锁定原理设定工作点在π/3处，对超流体陀螺注入热相位，得到可直接解算的超流体陀螺角速度解：式中，m为补偿量最大值，n为达到最大补偿量的次数；(3)设计改进型遗传优化模糊控制系统在带有模糊自适应PID控制器的超流体陀螺的控制系统中，针对典型的等腰三角形输入输出隶属函数，引入重叠因子，对三角形隶属函数进行遗传优化，采用间接编码三角形隶属函数左半宽度的遗传优化算法，考虑系统产生超调的情况，采用具有一定惩罚功能的最优指标：if e(t)<0,J=∫0∞(ω1|e(t)|+ω2u2(t))+ω4|e(t)|dt+ω3tu,]]>e(t)为期望幅值与检测幅值的位移差和位移的偏差，ω1、ω2、ω3为权值，u(t)为控制器输出，tu为上升时间。