专利名称：基于模型参考自适应控制微陀螺仪的方法
技术领域：
本发明涉及一种陀螺仪的控制方法，特别是涉及一种基于模型参考自适应控制微陀螺仪的方法，属于控制系统技术领域。
背景技术：
微陀螺仪是测量角速率的惯性传感器，与传统陀螺仪相比，微陀螺仪在体积和成本上有着巨大的优势，因此有着广阔的应用市场，比如在导航制导、消费电子、航海和国防上。但是，由于生产制造过程中的误差存在和环境温度的影响，造成原件特性与设计之间的差异，导致存在耦合的刚度系数和阻尼系数，降低了微陀螺仪的灵敏度和精度。此外，陀螺仪本身属于多输入多输出系统，存在参数的不确定性和外界干扰对系统参数的造成的波动，补偿制造误差和测量角速度成为微陀螺仪控制的主要问题。而传统控制方法集中在对驱动轴振荡幅值和频率稳定以及两轴频率匹配的控制上，存在未考虑参数变动，环境变化影响恶劣，不能解决零角速率输出等问题。由此可见，上述现有的陀螺仪在使用上，显然仍存在不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的陀螺仪在控制使用上存在的缺陷，而提供一种基于模型参考自适应控制微陀螺仪的方法，将模型参考自适应控制方法应用到微陀螺仪控制上，以补偿制造误差和环境干扰，并且正确估计出角速率，采用基于Lyapimov方法设计的自适应算法，确保整个控制系统的全局渐进稳定性，提高了系统的可靠性和对参数变化的鲁棒性，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。由于自适应控制方法适应于结构确定、参数未知或不确定的系统，在具体的应用过程中，不需要知道微陀螺仪参数的具体值，可以任意设定控制器参数的初值，通过设计控制器参数的自适应算法，实时在线更新控制器参数，能够保证系统全局的稳定性并且正确估计出所有未知对象参数和角速率。本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明的一种基于模型参考自适应控制微陀螺仪的方法，应用于包括陀螺仪的控制器中，其特征在于，利用模型参考自适应控制方法对微陀螺仪进行控制，以补偿制造误差和环境干扰，同时测量角速度，包括如下步骤(1)建立理想动力学模型设计参考模型为两个不同频率的正弦波xm = A1Sin(Wlt)，ym = A2Sin(w2t)，其中 W1 Φ W2且都不为零，写成状态空间形式为之=AmXm ,A1, A2分别是陀螺仪在χ、y两个坐标轴方向上的振幅，t是时间，W1和W2分别为陀螺仪在X、y两个坐标轴方向上给定的振动频率；写成状态空间形式为之=AmXm ；其中
权利要求
1. 一种基于模型参考自适应控制微陀螺仪的方法，应用于包括陀螺仪的控制器中，其特征在于，利用模型参考自适应控制方法对微陀螺仪进行控制，包括如下步骤 (1)建立理想动力学模型设计参考模型为两个不同频率的正弦波xm = A1Sin(W^)j ym = A2Sin(w2t)，其中 W1 Φ w2,且都不为零，A1, A2分别是陀螺仪在χ、y两个坐标轴方向上的振幅，t是时间， W1和W2分别为陀螺仪在χ、y两个坐标轴方向上给定的振动频率；写成状态空间形式为其中
2.根据权利要求1所述的基于模型参考自适应控制微陀螺仪的方法，其特征在于，追踪误差e为e = X-Xm。
3.根据权利要求1所述的基于模型参考自适应控制微陀螺仪的方法，其特征在于，选取Kf使得Am+BKf为稳定矩阵。
4.根据权利要求1或3所述的基于模型参考自适应控制微陀螺仪的方法，其特征在于， 存在一个常数矩阵K*满足等式A+BK*T = Am，K是K*的估计值，定义参数误差矩阵茇=足-
5.根据权利要求4所述的基于模型参考自适应控制微陀螺仪的方法，其特征在于，基于Lyapimov方法设计Kt的自适应算法，Lyapunov函数设计为V = 1/2eTPe +1/2tr{KM-1 Kt}，其中P、M为对称正定矩阵，且P满足方程P(Am+BKf) + (Am+BKf)TP = -Q，其中Q为对称正定矩阵；Lyapimov函数对时间的导数为 ▽ =时1Ir+矿作JT)丨，为了保证γ<ο，选取控制器参数『自适应算法为Kt =Kt =-MBtPeX1，其中M是自适应调节参数。
6.根据权利要求5所述的基于模型参考自适应控制微陀螺仪的方法，其特征在于，未知的输入角速率和其他未知的微陀螺仪参数由等式A+BKT = Am求出。
全文摘要
本发明公开了一种基于模型参考自适应控制微陀螺仪的方法，应用于包括陀螺仪的控制器中，包括如下步骤建立理想动力学模型设计参考模型为两个不同频率的正弦波，写成状态空间形式为建立微陀螺仪系统动力学模型；基于Lyapunov方法控制微陀螺仪，设计控制律为u＝KTx+Kfe，其中KT为在线自适应更新的控制器参数，Kf为定常矩阵，选取Kf使得(Am+BKf)为稳定矩阵。本发明基于模型参考自适应控制微陀螺仪的方法，将模型参考自适应控制方法应用到微陀螺仪控制上，以补偿制造误差和环境干扰，并且正确估计出角速率，采用基于Lyapunov方法设计的自适应算法，确保整个控制系统的全局渐进稳定性，提高了系统的可靠性和对参数变化的鲁棒性。
文档编号G05B13/04GK102298322SQ20111016832
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者丁红菲, 杨玉正, 费峻涛 申请人:河海大学常州校区