一种基于干扰观测器的Z轴陀螺仪神经网络滑模控制方法与流程

文档序号:20436469发布日期:2020-04-17 22:05阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于干扰观测器的z轴陀螺仪神经网络滑模控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)建立微陀螺仪动力学模型,根据所述模型输出微陀螺仪运动轨迹;

所述模型如下式所示:

其中,

其中,q为陀螺仪的运动轨迹,u为陀螺仪的控制输入,d为阻尼参数矩阵,k为弹簧参数矩阵,ω为时变角速度参数矩阵,d为外界干扰;

2)根据步骤1)得到的微陀螺仪运动轨迹计算跟踪误差,根据所述跟踪误差建立滑模面;

所述跟踪误差如下式所示:

e=qd-q;

其中,e为跟踪误差,qd为微陀螺仪运动参考轨迹;

所述滑模面根据如下公式建立:

其中,s为滑模面,λ为滑模面参数;

3)采用rbf神经网络以所述跟踪误差为输入向量,输出估计时变角速度参数矩阵;

所述估计时变角速度参数矩阵为:

其中,为估计时变角速度参数矩阵,分别为所对应的rbf神经网络权值,φ1,φ2为高斯基函数;

4)根据步骤1)得到的微陀螺仪运动轨迹、步骤3)得到的估计时变角速度参数矩阵和微陀螺仪的控制律设计干扰观测器;

所述干扰观测器为:

其中,为对干扰d的估计,的一阶导数,为q的一阶导数,为对的估计,k1、k2为常数,并且k1>0,k2>0;

5)根据所述滑模面、步骤3)得到的估计时变角速度参数矩阵和步骤4)得到的干扰观测器设计微陀螺仪的控制律;

所述微陀螺仪的控制律为:

其中,u为微陀螺仪的控制律,为q的一阶导数,为qd的一阶导数,ρ为切换增益,sgn()为符号函数;

6)基于lyapunov稳定性理论,设计lyapunov函数,根据lyapunov函数设计rbf神经网络权值的更新算法,并将所述更新算法应用于rbf神经网络,以确保跟踪误差收敛到零,保证系统稳定;

所述lyapunov函数为:

其中,η1、η2分别为所对应的rbf神经网络权值自适应律增益参数,取为正数,为外界干扰估计误差,为微陀螺仪速度的估计误差,为权值估计误差,为神经网络理想权值;

所述更新算法为:

其中,为微陀螺仪在x,y轴上的速度,s1,s2为滑模面s在x,y轴上的分量,为微陀螺仪速度的估计误差在x,y轴上的分量。


技术总结
本申请公开了一种基于干扰观测器的Z轴陀螺仪神经网络滑模控制方法。该方法在获得微陀螺仪跟踪误差和设计的滑模面的基础上,采用RBF神经网络估计时变角速度参数矩阵,在外界干扰未知的情况下,设计干扰观测器估计外界干扰,并根据估计时变角速度参数矩阵和干扰观测器设计微陀螺仪控制律。最终正确估计出连续变化的角速度信号和未知的外界干扰。本发明方法能够在角速度连续变化的情况下,采用神经网络对时变角速度进行估计,通过设计神经网络权值自适应规律完成权值的自适应调整。同时,在系统外界干扰未知的情况下,采用干扰观测器估计外界干扰,有效降低系统抖振,提高MEMS陀螺仪的测量精度。

技术研发人员:卢成;王慧敏;付建源;朱宁远;张小虎
受保护的技术使用者:南通大学
技术研发日:2019.12.31
技术公布日:2020.04.17
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