微陀螺儀系統(tǒng)的間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂品椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微陀螺儀系統(tǒng)的間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制方法，一方面利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近微陀螺儀系統(tǒng)中的未知項(xiàng)，其優(yōu)點(diǎn)在于不需要知道系統(tǒng)的精確模型；另一方面利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線逼近外界干擾及參數(shù)不確定性的上界值，通過對上界值進(jìn)行在線逼近，可以將滑模控制器中的切換項(xiàng)連續(xù)化，大大降低抖振。本發(fā)明在滑模面的設(shè)計(jì)中引入了積分項(xiàng)來克服傳統(tǒng)滑模導(dǎo)致的穩(wěn)態(tài)誤差較大的問題，增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性。同時(shí)，基于Lyapunov穩(wěn)定性定理設(shè)計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值保證了系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性。
【專利說明】微陀螺儀系統(tǒng)的間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂品椒?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微巧螺儀系統(tǒng)的控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是設(shè)及了一種微巧螺儀系統(tǒng)的間 接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 微機(jī)械巧螺儀（MEMS Gyroscope)是利用微電子技術(shù)和微加工技術(shù)加工而成的用 來感測角速度的慣性傳感器。它通過一個(gè)由娃制成的振動(dòng)的微機(jī)械部件來檢測角速度，因 此微機(jī)械巧螺儀非常容易小型化和批量生產(chǎn)，具有成本低和體積小等特點(diǎn)。近年來，微機(jī)械 巧螺儀在很多應(yīng)用中受到密切地關(guān)注，例如，巧螺儀配合微機(jī)械加速度傳感器用于慣性導(dǎo) 航、在數(shù)碼相機(jī)中用于穩(wěn)定圖像、用于電腦的無線慣性鼠標(biāo)等等。但是，由于生產(chǎn)制造過程 中不可避免的加工誤差W及環(huán)境溫度的影響，會(huì)造成原件特性與設(shè)計(jì)之間的差異，導(dǎo)致微 巧螺儀存在參數(shù)不確定性，難W建立精確的數(shù)學(xué)模型。再加上工作環(huán)境中的外界擾動(dòng)作用 不可忽略，使得微巧螺儀的軌跡追蹤控制難W實(shí)現(xiàn)，且魯椿性較低。傳統(tǒng)的控制方法完全基 于微巧螺儀的名義值參數(shù)設(shè)計(jì)，且忽略正交誤差和外界擾動(dòng)的作用，雖然在大部分情況下 系統(tǒng)仍是穩(wěn)定的，但追蹤效果遠(yuǎn)不理想，該種針對單一環(huán)境設(shè)計(jì)的控制器具有很大的使用 局限性。
[0003] 國內(nèi)對于微巧螺儀的研究目前主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造技術(shù)方面，W及上述的 機(jī)械補(bǔ)償技術(shù)和驅(qū)動(dòng)電路研究，很少出現(xiàn)用先進(jìn)控制方法補(bǔ)償制造誤差和控制質(zhì)量塊的振 動(dòng)軌跡，W達(dá)到對微巧螺儀的完全控制和角速度的測量。國內(nèi)研究微巧螺儀的典型機(jī)構(gòu)為 東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院及東南大學(xué)微慣性儀表與先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
[0004] 國際上的文章有將各種先進(jìn)控制方法應(yīng)用到微巧螺儀的控制當(dāng)中，典型的有自適 應(yīng)控制和滑?？刂品椒āＴ撔┫冗M(jìn)方法一方面補(bǔ)償了制作誤差引起的正交誤差，另一方面 實(shí)現(xiàn)了對微巧螺儀的軌跡控制。但自適應(yīng)控制對外界擾動(dòng)的魯椿性很低，易使系統(tǒng)變得不 穩(wěn)定。
[0005] 由此可見，上述現(xiàn)有的巧螺儀在使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而有待加W進(jìn) 一步改進(jìn)。為了解決現(xiàn)有的巧螺儀在使用上存在的問題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡屯、思來謀求解 決之道，但長久W來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的微巧螺儀控制方法存在的缺陷，特別是克服參數(shù) 不確定性和外界干擾的對微巧螺儀控制系統(tǒng)的影響，提供一種微巧螺儀系統(tǒng)的間接自適應(yīng) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂品椒?，不需要知道系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，可W補(bǔ)償參數(shù)不確定性和外界 干擾，大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)可W有效地降低傳統(tǒng)自適應(yīng)滑?？刂品椒ㄖ械亩墩?現(xiàn)象。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[000引微巧螺儀系統(tǒng)的間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制方法，包括W下步驟：
[0009] (1)建立微巧螺儀的理想動(dòng)力學(xué)方程；
[0010] (2)建立微巧螺儀的非量綱化動(dòng)力學(xué)方程；
[0011] (3)構(gòu)建間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制器，基于間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制設(shè) 計(jì)間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂坡?，將間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂坡勺鳛槲⑶陕輧x的控 制輸入，對微巧螺儀進(jìn)行控制，包括如下步驟：
[001引 （3-1)定義滑模面S為：
[001 引

【權(quán)利要求】
1. 微陀螺儀系統(tǒng)的間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂品椒ǎ涮卣髟谟?，包括以下步驟： (1) 建立微陀螺儀的理想動(dòng)力學(xué)方程； (2) 建立微陀螺儀的非量綱化動(dòng)力學(xué)方程； (3) 構(gòu)建間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制器，基于間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂圃O(shè)計(jì)間 接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制律，將間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂坡勺鳛槲⑼勇輧x的控制輸 入，對微陀螺儀進(jìn)行控制，包括如下步驟： (3-1)定義滑模面s為：
其中，e為跟蹤誤差，A為滑模參數(shù)； (3-2)不考慮不確定性和外界干擾d(t)，設(shè)計(jì)等效控制律Ueq為： =2& + 2?+ 々",一/(%，）， (3-3)考慮不確定性和外界干擾d(t)，設(shè)計(jì)傳統(tǒng)滑?？刂坡蒔為：
其中，usw=-nsgn(s)為滑模項(xiàng)，n為系統(tǒng)不確定性和外界干擾d(t)的上界； (3-4)分別采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的輸出./'(")，/^')逼近以1〇，11叫11(8)，得到間接自 適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂坡勺R'：
w是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，w*是理想的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，#是r的估計(jì)值，巾Jx)為高斯基函 數(shù)；0是另一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，0 #是理想的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，6是0 #的估計(jì)值，巾2(S)是 該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的尚斯基函數(shù)； (4) 基于Iyapnov穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)可變參數(shù)的自適應(yīng)律，使微陀螺儀系統(tǒng)的軌跡跟蹤上參 考模型的軌跡，保證系統(tǒng)的全局漸近穩(wěn)定性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微陀螺儀系統(tǒng)的間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制方法，其特征 在于，所述步驟1)中，微陀螺儀的理想動(dòng)力學(xué)方程為： Xm=A!cos(w^),ym=A2cos(w2t), 其中，xjym為兩軸的理想運(yùn)動(dòng)軌跡，A^A2為兩軸的振幅，w兩w2為兩軸的振動(dòng)頻 率，W1^w2且都不為零； 改寫成向量形式為：
qm為微陀螺儀的理想運(yùn)動(dòng)軌跡。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微陀螺儀系統(tǒng)的間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂品椒?，其特征 在于，所述步驟2)中， 微陀螺儀非量綱化后的微分方程形式為：
為包含了微陀螺儀固定頻率、剛度系數(shù)和耦合剛度系數(shù)的系數(shù)； 將微分方程式（1)寫成通用形式為： ^ =./O^(O= + 20^ +Kc/)jTUd\l) (2) 其中，(仏〇= [.?]7 =-(抑+2印+ ☆/)，g(W)=l，d(t)表示系統(tǒng)不確定項(xiàng)和干擾。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微陀螺儀系統(tǒng)的間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂品椒?，其特征 在于，所述步驟（4)中，
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微陀螺儀系統(tǒng)的間接自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑?？刂品椒?，其特征 在于，所述步驟（3-1)中，跟蹤誤差e為：e=qm-q。
【文檔編號】G05B13/04GK104503246SQ201410854303
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】吳丹, 費(fèi)峻濤 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)