專利名稱：基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂频膍ems陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陀螺儀的控制系統(tǒng)，屬于自動控制系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
陀螺儀是很多應(yīng)用領(lǐng)域中最常用的測量角速度的傳感器，比如導(dǎo)航、制導(dǎo)和控制穩(wěn)定性。陀螺儀是用科里奧利力(即地球自轉(zhuǎn)偏向力)將一個軸上的能量轉(zhuǎn)移到另一個軸上的裝置，傳統(tǒng)的操作模式缺少驅(qū)動陀螺儀從一個模式到一個已知的擺動運(yùn)動，而檢測到的科里奧利加速度耦合到振動的感知模式，振動是和驅(qū)動模式是垂直的，振動感知模式的響應(yīng)提供關(guān)于實用角速度的信息，陀螺儀的性能也受時變參數(shù)以及諸如熱噪聲、機(jī)械噪聲、感知電路噪聲、環(huán)境變量、積分誤差、參數(shù)變量和外部擾動等噪聲源的制約，這些干擾在兩個振動軸之間產(chǎn)生一個振動失諧頻率，因此，有必要用先進(jìn)的控制系統(tǒng)控制陀螺儀。由此可見，上述現(xiàn)有的陀螺儀的控制系統(tǒng)在使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決陀螺儀的控制系統(tǒng)存在的問題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計被發(fā)展完成。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的陀螺儀的控制系統(tǒng)存在的缺陷，而提供一種新型結(jié)構(gòu)的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂频腗EMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，MEMS陀螺儀是微機(jī)械陀螺儀，(MEMS即Micro Electro Mechanical Systems)，所要解決的技術(shù)問題是使其將自適應(yīng)滑模控制方法在陀螺儀控制中進(jìn)行應(yīng)用，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而更加適于實用，且具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明提出的一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制的MEMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括MEMS陀螺儀和控制所述MEMS陀螺儀運(yùn)動的控制電路，所述控制電路包括基于自適應(yīng)控制算法設(shè)計的滑?？刂破骱蚏BF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。所述滑?？刂破鞯妮斎氚琫 =q，其中，q = [x y ζ]τ為所述MEMS陀螺儀在χ、y、ζ三個坐標(biāo)軸方向上的位移，e為所述MEMS陀螺儀在x、y、ζ三個坐標(biāo)軸方向上的位移q= [x Y z]T與一參考模型的輸出位移qm= [xffl Yffl、]T之差。自適應(yīng)法則調(diào)整滑?？刂破?，使滑模控制器能夠到達(dá)理想的滑模運(yùn)動軌跡，并保持在這個軌跡上運(yùn)動。所述MEMS陀螺儀的控制目標(biāo)保持慣性質(zhì)量在χ、y、ζ三個坐標(biāo)軸方向上以給定的頻率擺動，所述參考模型形式為禮+I^ = 0，其中Qffl= [xffl yffl zm]T為三個坐標(biāo)軸方向上的陀螺儀的目標(biāo)位移，^11 = A1Sin(COlt), ym =A2Sin (ω 2t), zm = A3sin (ω 3t)，心=必+鄧{糾2,6；22,6；32},其中，A1、A2、A3 分別是 MEMS 陀螺儀在X、y、ζ三個坐標(biāo)軸方向上的振幅，t是時間，ω” ω2、ω3分別是MEMS陀螺儀在χ、y、 ζ三個坐標(biāo)軸方向上給定的振動頻率。所述滑?？刂破鞯妮敵鰹檩斎胨鯩EMS陀螺儀的控制信號。
所述RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入為x = b引，所述RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為作用于所述 MEMS陀螺儀的系統(tǒng)的不確定參數(shù)上界值的估計值。所述RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為方(χ, ) = V(X)，其中，為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，Φ (χ)為高斯函數(shù)，論(χ) = exp(-Ilx-^ll )，i =
τCri
1,2,…，η，其中η是輸出節(jié)點(diǎn)的個數(shù)，Φ(χ) = [Φ1; Φ2，…，Φη]τ，Φ i (χ)是第i個高斯函數(shù)Φ (x)，Hii是第i個神經(jīng)元的中心位置，σ i為第i個神經(jīng)元的寬度。所述控制信號u (t)為= -k“ -KiI- cei +k^+夂-^(Opj，式中，，τ ι『為可調(diào)參數(shù)，滑模面變量S = Cei+e2，其中，P1 —『^“，“為滑模的
單位控制信號，方(0是通過RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線自適應(yīng)學(xué)習(xí)的值，方⑴=鄉(xiāng)(X, )。定義Lyapunov 函數(shù)為:V = ^st s+ ^tr[k3M-lk3T +k4M-lk4T ] + ^ηι Τ ,其
中η = ε0-ε > 0, ε 0 和 ε i 的取值滿足c/φ{(diào)χ)_ρ{ ) = ε(χ)且 | ε (χ) | < ε ” p{t)~\p{t)\ > S0 > S1，風(fēng)0為不確定參數(shù)的上界。求得的自適應(yīng)算法在線調(diào)整權(quán)值為S=T7Hp(X),!^ k4的自適應(yīng)法則為 k3T (t) = -Msqr，k4T (t) = -Msqr。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂频腗EMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)至少具有下列優(yōu)點(diǎn)首先，采用先進(jìn)的控制方法控制微陀螺儀，減少測量誤差和外界干擾的影響，從而保證陀螺儀能正常的工作。其次，采用滑模控制器對陀螺儀系統(tǒng)進(jìn)行控制，是利用滑模變結(jié)構(gòu)控制的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計的。由于滑動模態(tài)可以進(jìn)行設(shè)計且與對象參數(shù)及擾動無關(guān)，這就使得滑?？刂凭哂锌焖夙憫?yīng)、對應(yīng)參數(shù)變化及擾動不靈敏、無需系統(tǒng)在線辨識、物理實現(xiàn)簡單等優(yōu)點(diǎn)。最后，現(xiàn)有技術(shù)中對不確定的干擾上界都是采用固定值估計，這樣系統(tǒng)容易產(chǎn)生抖振，控制效果不是很好。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種三層前向網(wǎng)絡(luò)，由輸入到輸出的映射是非線性的，而隱含層空間到輸出空間的映射是線性的，從而大大加快了學(xué)習(xí)速度并避免局部極小的問題。本發(fā)明采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對不確定干擾上界進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)，有效的降低了抖振的發(fā)生，而且控制效果較好。綜上所述，本發(fā)明的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂频腗EMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，將自適應(yīng)滑?？刂品椒ㄔ谕勇輧x控制中進(jìn)行應(yīng)用，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，其具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實用價值，其不論在結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，且較現(xiàn)有的陀螺儀的控制系統(tǒng)具有增進(jìn)的多項功效，從而更加適于實用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值，誠為一新穎、進(jìn)步、實用的新設(shè)計。


圖1為本發(fā)明所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂频腗EMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系 統(tǒng)的原理圖。
具體實施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合 附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂频腗EMS陀螺儀的自適 應(yīng)控制系統(tǒng)其具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，本實例中的自適應(yīng)滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計為三軸陀螺儀的動態(tài)方程為
權(quán)利要求
1.一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂频腗EMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括MEMS陀螺儀和控制所述MEMS陀螺儀運(yùn)動的控制電路，所述控制電路包括基于自適應(yīng)控制算法設(shè)計的滑?？刂破骱蚏BF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂频腗EMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述滑模控制器的輸入包含e和q，其中，q= [χ y ζ]τ為所述MEMS陀螺儀在χ、y、ζ三個坐標(biāo)軸方向上的位移，e為所述MEMS陀螺儀在x、y、ζ三個坐標(biāo)軸方向上的位移q= [x Y z]T與一參考模型的輸出位移qm= [xffl Yffl、]T之差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制的MEMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述參考模型形式為禮禮=0，其中qm= [xffl ym、]τ為三個坐標(biāo)軸方向上的陀螺儀的目標(biāo)位移，I = A1Sin(ω J)，ym = A2Sin(ω2 ), zm = A3Sin(ω3t)， km=diag{ai2^22^2},其中，A”A2、A3分別是MEMS陀螺儀在x、y、ζ三個坐標(biāo)軸方向上的振幅，t是時間，ω” ω2、ω3分別是MEMS陀螺儀在x、y、z三個坐標(biāo)軸方向上給定的振動頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制的MEMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述滑?？刂破鞯妮敵鰹檩斎胨鯩EMS陀螺儀的控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂频腗EMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入為X = [？引，所述RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為作用于所述MEMS陀螺儀的系統(tǒng)的不確定參數(shù)上界值的估計值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂频腗EMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為鄉(xiāng)(χ, ) = τφ(χ)，其中，#為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，Φ (χ)為高斯函數(shù)，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂频腗EMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制信號u (t)為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制的MEMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括陀螺儀和控制電路，所述控制電路包括滑?？刂破骱蚏BF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以三軸陀螺儀在x、y、z三個坐標(biāo)軸方向上的位移與參考模型的位移之差為滑?？刂破鞯妮斎搿１景l(fā)明的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂频腗EMS陀螺儀的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，將自適應(yīng)滑?？刂品椒ㄔ谕勇輧x控制中進(jìn)行應(yīng)用，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對不確定干擾上界進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)，減少測量誤差和外界干擾的影響，有效的降低了抖振的發(fā)生，而且控制效果較好。
文檔編號G05B13/00GK102298315SQ20111016758
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者丁紅菲, 楊玉正, 費(fèi)峻濤 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)