專利名稱：基于模型參考自適應控制微陀螺儀的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種陀螺儀的控制方法，特別是涉及一種基于模型參考自適應控制微陀螺儀的方法，屬于控制系統(tǒng)技術領域。
背景技術：
微陀螺儀是測量角速率的慣性傳感器，與傳統(tǒng)陀螺儀相比，微陀螺儀在體積和成本上有著巨大的優(yōu)勢，因此有著廣闊的應用市場，比如在導航制導、消費電子、航海和國防上。但是，由于生產(chǎn)制造過程中的誤差存在和環(huán)境溫度的影響，造成原件特性與設計之間的差異，導致存在耦合的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)，降低了微陀螺儀的靈敏度和精度。此外，陀螺儀本身屬于多輸入多輸出系統(tǒng)，存在參數(shù)的不確定性和外界干擾對系統(tǒng)參數(shù)的造成的波動，補償制造誤差和測量角速度成為微陀螺儀控制的主要問題。而傳統(tǒng)控制方法集中在對驅(qū)動軸振蕩幅值和頻率穩(wěn)定以及兩軸頻率匹配的控制上，存在未考慮參數(shù)變動，環(huán)境變化影響惡劣，不能解決零角速率輸出等問題。由此可見，上述現(xiàn)有的陀螺儀在使用上，顯然仍存在不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的陀螺儀在控制使用上存在的缺陷，而提供一種基于模型參考自適應控制微陀螺儀的方法，將模型參考自適應控制方法應用到微陀螺儀控制上，以補償制造誤差和環(huán)境干擾，并且正確估計出角速率，采用基于Lyapimov方法設計的自適應算法，確保整個控制系統(tǒng)的全局漸進穩(wěn)定性，提高了系統(tǒng)的可靠性和對參數(shù)變化的魯棒性，從而更加適于實用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。由于自適應控制方法適應于結構確定、參數(shù)未知或不確定的系統(tǒng)，在具體的應用過程中，不需要知道微陀螺儀參數(shù)的具體值，可以任意設定控制器參數(shù)的初值，通過設計控制器參數(shù)的自適應算法，實時在線更新控制器參數(shù)，能夠保證系統(tǒng)全局的穩(wěn)定性并且正確估計出所有未知對象參數(shù)和角速率。本發(fā)明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種基于模型參考自適應控制微陀螺儀的方法，應用于包括陀螺儀的控制器中，其特征在于，利用模型參考自適應控制方法對微陀螺儀進行控制，以補償制造誤差和環(huán)境干擾，同時測量角速度，包括如下步驟(1)建立理想動力學模型設計參考模型為兩個不同頻率的正弦波xm = A1Sin(Wlt)，ym = A2Sin(w2t)，其中 W1 Φ W2且都不為零，寫成狀態(tài)空間形式為之=AmXm ,A1, A2分別是陀螺儀在χ、y兩個坐標軸方向上的振幅，t是時間，W1和W2分別為陀螺儀在X、y兩個坐標軸方向上給定的振動頻率；寫成狀態(tài)空間形式為之=AmXm ；其中
權利要求
1. 一種基于模型參考自適應控制微陀螺儀的方法，應用于包括陀螺儀的控制器中，其特征在于，利用模型參考自適應控制方法對微陀螺儀進行控制，包括如下步驟 (1)建立理想動力學模型設計參考模型為兩個不同頻率的正弦波xm = A1Sin(W^)j ym = A2Sin(w2t)，其中 W1 Φ w2,且都不為零，A1, A2分別是陀螺儀在χ、y兩個坐標軸方向上的振幅，t是時間， W1和W2分別為陀螺儀在χ、y兩個坐標軸方向上給定的振動頻率；寫成狀態(tài)空間形式為其中
2.根據(jù)權利要求1所述的基于模型參考自適應控制微陀螺儀的方法，其特征在于，追蹤誤差e為e = X-Xm。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于模型參考自適應控制微陀螺儀的方法，其特征在于，選取Kf使得Am+BKf為穩(wěn)定矩陣。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的基于模型參考自適應控制微陀螺儀的方法，其特征在于， 存在一個常數(shù)矩陣K*滿足等式A+BK*T = Am，K是K*的估計值，定義參數(shù)誤差矩陣茇=足-
5.根據(jù)權利要求4所述的基于模型參考自適應控制微陀螺儀的方法，其特征在于，基于Lyapimov方法設計Kt的自適應算法，Lyapunov函數(shù)設計為V = 1/2eTPe +1/2tr{KM-1 Kt}，其中P、M為對稱正定矩陣，且P滿足方程P(Am+BKf) + (Am+BKf)TP = -Q，其中Q為對稱正定矩陣；Lyapimov函數(shù)對時間的導數(shù)為 ▽ =時1Ir+礦作JT)丨，為了保證γ<ο，選取控制器參數(shù)『自適應算法為Kt =Kt =-MBtPeX1，其中M是自適應調(diào)節(jié)參數(shù)。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于模型參考自適應控制微陀螺儀的方法，其特征在于，未知的輸入角速率和其他未知的微陀螺儀參數(shù)由等式A+BKT = Am求出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于模型參考自適應控制微陀螺儀的方法，應用于包括陀螺儀的控制器中，包括如下步驟建立理想動力學模型設計參考模型為兩個不同頻率的正弦波，寫成狀態(tài)空間形式為建立微陀螺儀系統(tǒng)動力學模型；基于Lyapunov方法控制微陀螺儀，設計控制律為u＝KTx+Kfe，其中KT為在線自適應更新的控制器參數(shù)，Kf為定常矩陣，選取Kf使得(Am+BKf)為穩(wěn)定矩陣。本發(fā)明基于模型參考自適應控制微陀螺儀的方法，將模型參考自適應控制方法應用到微陀螺儀控制上，以補償制造誤差和環(huán)境干擾，并且正確估計出角速率，采用基于Lyapunov方法設計的自適應算法，確保整個控制系統(tǒng)的全局漸進穩(wěn)定性，提高了系統(tǒng)的可靠性和對參數(shù)變化的魯棒性。
文檔編號G05B13/04GK102298322SQ20111016832
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權日2011年6月21日
發(fā)明者丁紅菲, 楊玉正, 費峻濤 申請人:河海大學常州校區(qū)