专利名称：一种基于模糊补偿的微机电陀螺仪模糊自适应控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于智能控制领域，具体涉及一种基于模糊补偿的微机电陀螺仪模糊自适应控制系统。
背景技术：
模糊控制是智能控制的重要分支，模糊电子技术是21世纪的核心技术，在机电行业中进行了广泛的应用。模糊控制的发展方向主要有Fuzzy-PID复合控制、自适应模糊控制、专家模糊控制、神经模糊控制和多变量模糊控制。从本质上说，模糊控制应该是非线性控制的一个分支，主要有两种不同的形式一种是直接自适应模糊控制，即根据实际系统性能与理想性能之间的偏差直接设计模糊控制器；另一种是间接自适应模糊控制，即通过在线模糊逼近获得控制对象的模型，然后根据所得模型在线设计控制器。自适应模糊控制器 设计思想是基于Lyapunov稳定性原理和自适应控制等理论，与传统定量控制方法的本质区别为第一，用语言变量代替数学变量；第二，用模糊条件语句描述变量间的关系；第三，用模糊算法描述系统复杂关系；第四，在设计中，通常先依据经验确定模糊控制器参数，然后按照实际情况进行详细调整。微机电陀螺仪(Micro-electromechanicalSystems Gyroscope)是利用哥氏效应，应用微机电加工技术制造而成的。与传统的惯性转子陀螺仪相比，微机电陀螺仪具有体积大为缩小，质量大为减轻，功耗大幅度降低，电路可集成于机械结构中，可靠性高，承载能力强，价格低廉，易于数字化和智能化，测量范围大等特点，是传统陀螺仪无法比拟的。微机电陀螺仪在航空、航天、航海、兵器以至国民经济中的石油、煤炭、汽车制造、机电工业、电子技术、控制科学和信息科技等领域都有着广泛的应用。但微机电陀螺仪的性能受时变参数以及诸如热噪声、机械噪声、感知电路噪声、环境变量、积分误差、参数变量和外部扰动等噪声源的制约，为了减少干扰造成的影响，需要采用更先进的控制方法来控制微机电陀螺仪。
发明内容
发明目的本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于对干扰进行模糊补偿的微机电陀螺仪模糊自适应控制系统，利用模糊控制对微机电陀螺仪系统的确定性及不确定性干扰进行补偿，进一步提高微机电陀螺仪系统的稳定性和可靠性。技术方案本发明所述的一种基于模糊补偿的微机电陀螺仪模糊自适应控制系统，包括微机电陀螺仪系统和控制系统，所述控制系统包括参考模型、滑模自适应控制器和模糊控制器，所述模糊控制器包括控制器主体，模糊规则模块、参数自适应律模块和鲁棒模糊自适应控制律模块，
所述参考模型的输出力^;
所述微机电陀螺仪系统的输入和输出分别为■^和0 ；
所述滑模自适应控制器的输入与输出分别为e和s ;所述模糊规则模块的输入与输出分别为I 和<(■ );
所述参数自适应律模块的输入为5(0；)、及￡ ,其输出为5 ；
所述控制器主体的输入为d输出为i( i句；
所述鲁棒模糊自适应控制律模块的输入为丨句，输出为#;
所述参数自适应律模块的自适应律为色=二 12,.., ；
所述鲁棒模糊自适应控制律模块的自适应控制律为u = gr + (￡) + 2Q)fj, +K^q +/(q | &)-K3S -JFsgn (s)；
其中知=[xM >m zM f，表不微机电陀螺仪的理想输出，即微机电陀螺仪在x、y、z方向上的理想位移；€ =.卜y zf",表不微机电陀螺仪的实际输出；,表不跟踪误差；df)表示模糊基向量；S = d+如，表示滑模面；句=,表示模糊补偿；
=,表示位移参考变量；
AO,^为固定系统参数，且IUl为正定矩阵；Ir,为控制器设计参数；5为模糊控制器自由参数的集合，初始值为go) ；w为鲁棒控制律设计参数。上述系统的运行过程为首先，由微机电陀螺仪系统输出和参考模型输出I之差得到跟踪误差 ，作为滑模控制器的输入，由微机电陀螺仪系统输出a模糊化得到模糊基向量，由滑模控制器的输出和模糊基向量求得参数自适应律病.，再通过初始参
数集合Mo)，由自适应律求得参数值&由 参数值g和模糊基向量得到模糊控制器输
出的模糊补偿,最后通过鲁棒模糊自适应控制律模块得到微机电陀螺仪系统的控
制律M = qr + (D + 2Q)qr +K,q +/( I &h ^ (s)，控制律输入微机电陀螺仪系统后得到输出，并继续完成下一轮的运行。本发明与现有技术相比，其有益效果是(1)采用更先进的控制方法来控制微机电陀螺仪，减少了外界干扰对轨迹跟踪的影响，尤其是不确定性干扰的影响，降低了测量误差，从而保证微机陀螺仪能稳定、高效的工作；(2)采用了滑模的思想对微机电陀螺仪系统进行控制，具有滑模变结构控制器的优点，使得系统具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点；(3)现有的技术处理系统的不确定干扰多为近似估计，这样系统的适应性收到限制，容易产生抖振，控制效果不是很好，而模糊自适应控制器不依赖于对象模型，对于不确定干扰的补偿能够进行合适的自适应调整，本发明采用模糊自适应控制器对微机电陀螺仪系统中存在的各种干扰进行模糊补偿，显著的降低了抖振的发生，达到了良好的控制效果。
图I为本发明的原理框图。图2为本发明实施例中微机电陀螺仪在各方向上位移跟踪轨迹图。图3为本发明实施例中微机电陀螺仪在各方向上跟踪误差曲线图。图4为本发明实施例中滑模面s在各方向的曲线图。图5为本发明实施列中模糊补偿和被补偿项/的曲线图。图6为本发明实施例中模糊逼近误差曲线图。ql、q2、q3分别表示微机电陀螺仪在x、y、z方向的实际位移，qdl、qd2、qd3分别表示微机电陀螺仪在x、y、z方向的理想位移，el、e2、e3分别表示x、y、z方向的跟踪误差，sl、s2、s3分别表示x、y、z方向的滑模面,fl、f2、f3分别表示x、y、z方向的被补偿项,fpl、fp2、fp3分别表示x、y、z方向的模糊补偿，wl、w2、w3表示x、y、z方向的振幅。
具体实施例方式下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。如图I所示，一种基于模糊补偿的微机电陀螺仪模糊自适应控制系统，其特征在于，包括微机电陀螺仪系统和控制系统，所述控制系统包括参考模型、滑模自适应控制器和模糊控制器，所述模糊控制器包括控制器主体，模糊规则模块、参数自适应律模块和鲁棒模糊自适应控制律模块，
所述参考模型的输出力、
所述微机电陀螺仪系统的输入和输出分别为"和0;
所述滑模自适应控制器的输入与输出分别为 和S ;
所述模糊规则模块的输入与输出分别为f和<(■ );
所述参数自适应律模块的输入为&{0)、^ b)及s ,其输出为e ;
所述控制器主体的输入为.输出为丨巧；
所述鲁棒模糊自适应控制律模块的输入为丨句，输出为#；
所述参数自适应律模块的自适应律为色== 12,,n ；
所述鲁棒模糊自适应控制律模块的自适应控制律为M = I；+ (D + 2Q)A +Kbq +f{q 10)- Kds - JFsgn (s)；
其中I = y f，表不微机电陀螺仪的理想输出，即微机电陀螺仪在X、y、z方向上的理想位移；I =P y ，表不微机电陀螺仪的实际输出；e=g-,表不跟踪误差；办.)表示模糊基向量；s d +▲，表示滑模面；(q\0) = (q),表示模糊补偿；之▲■(〗)，表示位移参考变量；
为固定系统参数，且为正定矩阵；4 r,Kd为控制器设计参数^力模糊控制器自由参数的集合，初始值为Mo) lW为鲁棒控制律设计参数。上述控制系统的设计方法为
一、微机电陀螺仪的动态特性分析
假设陀螺仪匀速直线运动，陀螺仪正以均匀的角速度旋转，离心力可忽略不计，陀螺仪受X轴、y轴和z轴三个方向上的控制力。三轴陀螺仪系统的动态方程如下
权利要求
1.一种基于模糊补偿的微机电陀螺仪模糊自适应控制系统，其特征在于，包括微机电陀螺仪系统和控制系统，所述控制系统包括参考模型、滑模自适应控制器和模糊控制器，所述模糊控制器包括控制器主体，模糊规则模块、参数自适应律模块和鲁棒模糊自适应控制律模块， 所述参考模型的输出为知; 所述微机电陀螺仪系统的输入和输出分别为#和0 ; 所述滑模自适应控制器的输入与输出分别为e和S; 所述模糊规则模块的输入与输出分别为g和; 所述参数自适应律模块的输入为0(0)、^及s ,其输出为5 ; 所述控制器主体的输入为 输出为句； 所述鲁棒模糊自适应控制律模块的输入为I句，输出为/i ; 所述参数自适应律模块输出的自适应律为色=-亡8胁=1,2,..., ； 所述鲁棒模糊自适应控制律模块输出的自适应控制律为u = qr + (Z) + 2Q)cjf. +Kbq +f{q | &)- KDs — W sgn (s)； 其中I = 抵zmf '表不微机电陀螺仪的理想输出，即微机电陀螺仪在x、y、z方向上的理想位移；g =卜JF zf",表不微机电陀螺仪的实际输出；6=0- ,表不跟踪误差；_表示模糊基向量；s = g +如，表示滑模面；7⑷&) = W),表示模糊补偿； = 4 (纟)_如⑷，表不位移参考变量； DAKb为固定系统参数，且D，ci为正定矩阵；4 r,^为控制器设计参数；5为模糊控制器自由参数的集合，初始值为go) ；w为鲁棒控制律设计参数。
全文摘要
本发明公开一种基于模糊补偿的微机电陀螺仪模糊自适应控制系统，包括微机电陀螺仪系统和控制系统，所述控制系统包括参考模型、滑模自适应控制器和模糊控制器，所述模糊控制器包括控制器主体，模糊规则模块、参数自适应律模块和鲁棒模糊自适应控制律模块；本发明采用更先进的控制方法来控制微机电陀螺仪，减少了外界干扰对轨迹跟踪的影响，尤其是不确定性干扰的影响，降低了测量误差，从而保证微机陀螺仪能稳定、高效的工作。
文档编号G05B13/04GK102681443SQ20121018223
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月5日 优先权日2012年6月5日
发明者周健, 张生磊, 费峻涛 申请人:河海大学常州校区