專利名稱：一種基于模糊補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電陀螺儀模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于模糊補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電陀螺儀模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
模糊控制是智能控制的重要分支，模糊電子技術(shù)是21世紀(jì)的核心技術(shù)，在機(jī)電行業(yè)中進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用。模糊控制的發(fā)展方向主要有Fuzzy-PID復(fù)合控制、自適應(yīng)模糊控制、專家模糊控制、神經(jīng)模糊控制和多變量模糊控制。從本質(zhì)上說(shuō)，模糊控制應(yīng)該是非線性控制的一個(gè)分支，主要有兩種不同的形式一種是直接自適應(yīng)模糊控制，即根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)性能與理想性能之間的偏差直接設(shè)計(jì)模糊控制器；另一種是間接自適應(yīng)模糊控制，即通過(guò)在線模糊逼近獲得控制對(duì)象的模型，然后根據(jù)所得模型在線設(shè)計(jì)控制器。自適應(yīng)模糊控制器 設(shè)計(jì)思想是基于Lyapunov穩(wěn)定性原理和自適應(yīng)控制等理論，與傳統(tǒng)定量控制方法的本質(zhì)區(qū)別為第一，用語(yǔ)言變量代替數(shù)學(xué)變量；第二，用模糊條件語(yǔ)句描述變量間的關(guān)系；第三，用模糊算法描述系統(tǒng)復(fù)雜關(guān)系；第四，在設(shè)計(jì)中，通常先依據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定模糊控制器參數(shù)，然后按照實(shí)際情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)整。微機(jī)電陀螺儀(Micro-electromechanicalSystems Gyroscope)是利用哥氏效應(yīng)，應(yīng)用微機(jī)電加工技術(shù)制造而成的。與傳統(tǒng)的慣性轉(zhuǎn)子陀螺儀相比，微機(jī)電陀螺儀具有體積大為縮小，質(zhì)量大為減輕，功耗大幅度降低，電路可集成于機(jī)械結(jié)構(gòu)中，可靠性高，承載能力強(qiáng)，價(jià)格低廉，易于數(shù)字化和智能化，測(cè)量范圍大等特點(diǎn)，是傳統(tǒng)陀螺儀無(wú)法比擬的。微機(jī)電陀螺儀在航空、航天、航海、兵器以至國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的石油、煤炭、汽車制造、機(jī)電工業(yè)、電子技術(shù)、控制科學(xué)和信息科技等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。但微機(jī)電陀螺儀的性能受時(shí)變參數(shù)以及諸如熱噪聲、機(jī)械噪聲、感知電路噪聲、環(huán)境變量、積分誤差、參數(shù)變量和外部擾動(dòng)等噪聲源的制約，為了減少干擾造成的影響，需要采用更先進(jìn)的控制方法來(lái)控制微機(jī)電陀螺儀。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于對(duì)干擾進(jìn)行模糊補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電陀螺儀模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)，利用模糊控制對(duì)微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)的確定性及不確定性干擾進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)一步提高微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。技術(shù)方案本發(fā)明所述的一種基于模糊補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電陀螺儀模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括參考模型、滑模自適應(yīng)控制器和模糊控制器，所述模糊控制器包括控制器主體，模糊規(guī)則模塊、參數(shù)自適應(yīng)律模塊和魯棒模糊自適應(yīng)控制律模塊，
所述參考模型的輸出力^;
所述微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)的輸入和輸出分別為■^和0 ；
所述滑模自適應(yīng)控制器的輸入與輸出分別為e和s ;所述模糊規(guī)則模塊的輸入與輸出分別為I 和<(■ );
所述參數(shù)自適應(yīng)律模塊的輸入為5(0；)、及￡ ,其輸出為5 ；
所述控制器主體的輸入為d輸出為i( i句；
所述魯棒模糊自適應(yīng)控制律模塊的輸入為丨句，輸出為#;
所述參數(shù)自適應(yīng)律模塊的自適應(yīng)律為色=二 12,.., ；
所述魯棒模糊自適應(yīng)控制律模塊的自適應(yīng)控制律為u = gr + (￡) + 2Q)fj, +K^q +/(q | &)-K3S -JFsgn (s)；
其中知=[xM >m zM f，表不微機(jī)電陀螺儀的理想輸出，即微機(jī)電陀螺儀在x、y、z方向上的理想位移；€ =.卜y zf",表不微機(jī)電陀螺儀的實(shí)際輸出；,表不跟蹤誤差；df)表示模糊基向量；S = d+如，表示滑模面；句=,表示模糊補(bǔ)償；
=,表示位移參考變量；
AO,^為固定系統(tǒng)參數(shù)，且IUl為正定矩陣；Ir,為控制器設(shè)計(jì)參數(shù)；5為模糊控制器自由參數(shù)的集合，初始值為go) ；w為魯棒控制律設(shè)計(jì)參數(shù)。上述系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程為首先，由微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)輸出和參考模型輸出I之差得到跟蹤誤差 ，作為滑模控制器的輸入，由微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)輸出a模糊化得到模糊基向量，由滑?？刂破鞯妮敵龊湍：蛄壳蟮脜?shù)自適應(yīng)律病.，再通過(guò)初始參
數(shù)集合Mo)，由自適應(yīng)律求得參數(shù)值&由 參數(shù)值g和模糊基向量得到模糊控制器輸
出的模糊補(bǔ)償,最后通過(guò)魯棒模糊自適應(yīng)控制律模塊得到微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)的控
制律M = qr + (D + 2Q)qr +K,q +/( I &h ^ (s)，控制律輸入微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)后得到輸出，并繼續(xù)完成下一輪的運(yùn)行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是(1)采用更先進(jìn)的控制方法來(lái)控制微機(jī)電陀螺儀，減少了外界干擾對(duì)軌跡跟蹤的影響，尤其是不確定性干擾的影響，降低了測(cè)量誤差，從而保證微機(jī)陀螺儀能穩(wěn)定、高效的工作；(2)采用了滑模的思想對(duì)微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)進(jìn)行控制，具有滑模變結(jié)構(gòu)控制器的優(yōu)點(diǎn)，使得系統(tǒng)具有快速響應(yīng)、對(duì)參數(shù)變化及擾動(dòng)不靈敏、無(wú)需系統(tǒng)在線辨識(shí)、物理實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；(3)現(xiàn)有的技術(shù)處理系統(tǒng)的不確定干擾多為近似估計(jì)，這樣系統(tǒng)的適應(yīng)性收到限制，容易產(chǎn)生抖振，控制效果不是很好，而模糊自適應(yīng)控制器不依賴于對(duì)象模型，對(duì)于不確定干擾的補(bǔ)償能夠進(jìn)行合適的自適應(yīng)調(diào)整，本發(fā)明采用模糊自適應(yīng)控制器對(duì)微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)中存在的各種干擾進(jìn)行模糊補(bǔ)償，顯著的降低了抖振的發(fā)生，達(dá)到了良好的控制效果。


圖I為本發(fā)明的原理框圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中微機(jī)電陀螺儀在各方向上位移跟蹤軌跡圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例中微機(jī)電陀螺儀在各方向上跟蹤誤差曲線圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例中滑模面s在各方向的曲線圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施列中模糊補(bǔ)償和被補(bǔ)償項(xiàng)/的曲線圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例中模糊逼近誤差曲線圖。ql、q2、q3分別表示微機(jī)電陀螺儀在x、y、z方向的實(shí)際位移，qdl、qd2、qd3分別表示微機(jī)電陀螺儀在x、y、z方向的理想位移，el、e2、e3分別表示x、y、z方向的跟蹤誤差，sl、s2、s3分別表示x、y、z方向的滑模面,fl、f2、f3分別表示x、y、z方向的被補(bǔ)償項(xiàng),fpl、fp2、fp3分別表示x、y、z方向的模糊補(bǔ)償，wl、w2、w3表示x、y、z方向的振幅。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。如圖I所示，一種基于模糊補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電陀螺儀模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括參考模型、滑模自適應(yīng)控制器和模糊控制器，所述模糊控制器包括控制器主體，模糊規(guī)則模塊、參數(shù)自適應(yīng)律模塊和魯棒模糊自適應(yīng)控制律模塊，
所述參考模型的輸出力、
所述微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)的輸入和輸出分別為"和0;
所述滑模自適應(yīng)控制器的輸入與輸出分別為 和S ;
所述模糊規(guī)則模塊的輸入與輸出分別為f和<(■ );
所述參數(shù)自適應(yīng)律模塊的輸入為&{0)、^ b)及s ,其輸出為e ;
所述控制器主體的輸入為.輸出為丨巧；
所述魯棒模糊自適應(yīng)控制律模塊的輸入為丨句，輸出為#；
所述參數(shù)自適應(yīng)律模塊的自適應(yīng)律為色== 12,,n ；
所述魯棒模糊自適應(yīng)控制律模塊的自適應(yīng)控制律為M = I；+ (D + 2Q)A +Kbq +f{q 10)- Kds - JFsgn (s)；
其中I = y f，表不微機(jī)電陀螺儀的理想輸出，即微機(jī)電陀螺儀在X、y、z方向上的理想位移；I =P y ，表不微機(jī)電陀螺儀的實(shí)際輸出；e=g-,表不跟蹤誤差；辦.)表示模糊基向量；s d +▲，表示滑模面；(q\0) = (q),表示模糊補(bǔ)償；之▲■(〗)，表示位移參考變量；
為固定系統(tǒng)參數(shù)，且為正定矩陣；4 r,Kd為控制器設(shè)計(jì)參數(shù)^力模糊控制器自由參數(shù)的集合，初始值為Mo) lW為魯棒控制律設(shè)計(jì)參數(shù)。上述控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法為
一、微機(jī)電陀螺儀的動(dòng)態(tài)特性分析
假設(shè)陀螺儀勻速直線運(yùn)動(dòng)，陀螺儀正以均勻的角速度旋轉(zhuǎn)，離心力可忽略不計(jì)，陀螺儀受X軸、y軸和z軸三個(gè)方向上的控制力。三軸陀螺儀系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程如下
權(quán)利要求
1.一種基于模糊補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電陀螺儀模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括參考模型、滑模自適應(yīng)控制器和模糊控制器，所述模糊控制器包括控制器主體，模糊規(guī)則模塊、參數(shù)自適應(yīng)律模塊和魯棒模糊自適應(yīng)控制律模塊， 所述參考模型的輸出為知; 所述微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)的輸入和輸出分別為#和0 ; 所述滑模自適應(yīng)控制器的輸入與輸出分別為e和S; 所述模糊規(guī)則模塊的輸入與輸出分別為g和; 所述參數(shù)自適應(yīng)律模塊的輸入為0(0)、^及s ,其輸出為5 ; 所述控制器主體的輸入為 輸出為句； 所述魯棒模糊自適應(yīng)控制律模塊的輸入為I句，輸出為/i ; 所述參數(shù)自適應(yīng)律模塊輸出的自適應(yīng)律為色=-亡8脅=1,2,..., ； 所述魯棒模糊自適應(yīng)控制律模塊輸出的自適應(yīng)控制律為u = qr + (Z) + 2Q)cjf. +Kbq +f{q | &)- KDs — W sgn (s)； 其中I = 抵zmf '表不微機(jī)電陀螺儀的理想輸出，即微機(jī)電陀螺儀在x、y、z方向上的理想位移；g =卜JF zf",表不微機(jī)電陀螺儀的實(shí)際輸出；6=0- ,表不跟蹤誤差；_表示模糊基向量；s = g +如，表示滑模面；7⑷&) = W),表示模糊補(bǔ)償； = 4 (纟)_如⑷，表不位移參考變量； DAKb為固定系統(tǒng)參數(shù)，且D，ci為正定矩陣；4 r,^為控制器設(shè)計(jì)參數(shù)；5為模糊控制器自由參數(shù)的集合，初始值為go) ；w為魯棒控制律設(shè)計(jì)參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種基于模糊補(bǔ)償?shù)奈C(jī)電陀螺儀模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括微機(jī)電陀螺儀系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括參考模型、滑模自適應(yīng)控制器和模糊控制器，所述模糊控制器包括控制器主體，模糊規(guī)則模塊、參數(shù)自適應(yīng)律模塊和魯棒模糊自適應(yīng)控制律模塊；本發(fā)明采用更先進(jìn)的控制方法來(lái)控制微機(jī)電陀螺儀，減少了外界干擾對(duì)軌跡跟蹤的影響，尤其是不確定性干擾的影響，降低了測(cè)量誤差，從而保證微機(jī)陀螺儀能穩(wěn)定、高效的工作。
文檔編號(hào)G05B13/04GK102681443SQ20121018223
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者周健, 張生磊, 費(fèi)峻濤 申請(qǐng)人:河海大學(xué)常州校區(qū)