[发明专利]微陀螺仪的反演自适应模糊滑模控制方法有效

专利信息
申请号: 201410109050.3 申请日: 2014-03-21
公开(公告)号: CN103885339A 公开(公告)日: 2014-06-25
发明(设计)人: 袁珠莉;费峻涛 申请(专利权)人: 河海大学常州校区
主分类号: G05B13/04 分类号: G05B13/04;G01C19/00
代理公司: 南京纵横知识产权代理有限公司 32224 代理人: 董建林
地址: 213022 江苏*** 国省代码: 江苏;32
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摘要: 发明公开了一种微陀螺仪的反演自适应模糊滑模控制方法,基于反演设计的优势,在Lyapunov稳定性理论证明的基础上,通过“回归法”逐步得到系统的控制律,模糊控制不需要依赖被控对象的数学模型,而且将自适应算法和模糊控制算法相结合,避免了模糊控制的不能及时进行参数调整的缺点,使控制器具有了学习能力,在控制过程中参数拥有自我学习和调整的能力。本发明方法能够有效改善微陀螺仪系统的追踪性能,保证系统全局的稳定性,提高系统的鲁棒性和可靠性,避免对被控系统模型的依赖性。
搜索关键词: 陀螺仪 反演 自适应 模糊 控制 方法
【主权项】:
1.微陀螺仪的反演自适应模糊滑模控制方法,其特征在于,包括以下步骤:1)建立微陀螺仪的非量纲动力学状态方程;2)设计反演自适应模糊滑模控制器,具体步骤如下:2-1)设计反演滑模控制器,包括:2-1-1)定义跟踪误差函数e1和e2分别为:e1=x1-re2=x2-α1---(7)]]>其中,α1为虚拟控制量,r为期望函数;2-1-2)针对跟踪误差系统e1,选取Lyapunov函数V1,并计算其导数所述Lyapunov函数V1为:V1=12e1Te1---(9)]]>所述为:V·1=-c1e1Te1+e1Te2---(10)]]>其中,c1为误差系数,当e2=0时,满足负定性,满足全局渐进稳定,跟踪误差e1渐进收敛到零;2-1-3)定义Lyapunov函数V2,并计算其导数所述Lyapunov函数V2为:V2=V1+12sTs---(11)]]>所述为:V·2=-c1e1Te1-1ce2Te2+sT[(c+1c)e2+c(α1-r·)+u+F(t)-α·1+f]---(14)]]>其中,c为滑模项系数,s为滑模面函数,f=-(D+2Ω)x2-Kx1;2-1-4)基于指数趋近律,设计反演滑模控制器,滑模面函数s满足:s·=-ρs-ksgn(s)---(15)]]>其中,ρ、k为趋近律参数,满足ρ>0,k>0;根据Lyapunov稳定定理设计反演滑模控制器的控制律φ1如式(16)所示:φ1=-[(1c+c)e2+c(α1-r·)-α·1]-Fmax-Φ-ρs-ksgn(s)---(16)]]>其中,Fmax为系统的不确定性和外来干扰的上限,Φ为模糊函数;2-1-5)将所述步骤2-1-4)得到的反演滑模控制律φ1作为微陀螺仪的控制输入带入到Lyapunov函数V2的导数所述中包含非线性函数f,f包含微陀螺仪系统的建模信息;2-2)对反演滑模控制器进行模糊化,具体为:2-2-1)假设模糊系统由N条模糊规则构成,第i条模糊规则表达形式为:Ri:IF x1 isand….xn isthen y is Bi(i=1,2,.......,N)其中,为xj(j=1,2,.......,n)的隶属度函数,则模糊系统的输出为:其中,ξ=[ξ1(x) ξ2(x)...ξN(x)]Tθ=[θ1 θ2...θN]T,θ为自适应模糊参数;2-2-2)用模糊系统逼近非线性函数f的x轴输出,用模糊系统逼近非线性函数f的y轴输出,相应的模糊系统设计为:2-2-3)定义模糊函数Φ如下:其中,ξT(x)=ξ1T00ξ2T,]]>自适应模糊参数θ=θ1θ2,]]>2-2-4)定义最优自适应模糊参数为θ*,则最优模糊函数Φ*为,Φ*T(x)θ*,用模糊函数Φ逼近非线性函数f,对于给定的任意小的常量ε(ε>0),如下不等式成立:||f-Φ*||≤ε;2-3)基于Lyapunov稳定性理论,设计模糊自适应律,所述Lyapunov函数V为V=12e1Te1+12sTs+12τθ~Tθ~=V2+12τθ~Tθ~---(21)]]>其中,τ为自适应调节参数,为自适应模糊参数误差,所述模糊自适应律为:θ·=τ(sTξT(x))T-2γθ---(24)]]>其中,γ(γ>0)为自适应律的第二个调节参数。
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