一種基于名義控制器的神經網絡全調節的控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于名義控制器的神經網絡全調節的控制方法，主要包含兩部分：基于名義值模型設計軌跡跟蹤控制器和設計神經網絡全調節補償控制器，將兩個控制器的控制輸出相結合，作為微陀螺儀的控制輸入。本發明利用了模型控制方法的優勢，同時采用了神經網絡強大的逼近能力，在線實時地估計并補償建模誤差和外界擾動作用，能夠極大提高追蹤性能和系統的魯棒性，基于Lyapunov穩定性理論設計神經網絡權值、高斯函數的中心和基寬的自適應算法，能夠保證閉環系統的全局穩定性以及控制輸入的有界性。
【專利說明】—種基于名義控制器的神經網絡全調節的控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微陀螺儀的控制方法，特別是涉及一種基于名義控制器的神經網絡全調節的控制方法。
【背景技術】
[0002]微機械陀螺儀(MEMS Gyroscope)是利用微電子技術和微加工技術加工而成的用來感測角速度的慣性傳感器。它通過一個由硅制成的振動的微機械部件來檢測角速度，因此微機械陀螺儀非常容易小型化和批量生產，具有成本低和體積小等特點。近年來，微機械陀螺儀在很多應用中受到密切地關注，例如，陀螺儀配合微機械加速度傳感器用于慣性導航、在數碼相機中用于穩定圖像、用于電腦的無線慣性鼠標等等。但是，由于生產制造過程中不可避免的加工誤差以及環境溫度的影響，會造成原件特性與設計之間的差異，導致微陀螺儀存在參數不確定性，難以建立精確的數學模型。再加上工作環境中的外界擾動作用不可忽略，使得微陀螺儀的軌跡追蹤控制難以實現，且魯棒性較低。傳統的控制方法完全基于微陀螺儀的名義值參數設計，且忽略正交誤差和外界擾動的作用，雖然在大部分情況下系統仍是穩定的，但追蹤效果遠不理想，這種針對單一環境設計的控制器具有很大的使用局限性。
[0003]國內對于微陀螺儀的研究目前主要集中在結構設計及制造技術方面，以及上述的機械補償技術和驅動電路研究，很少出現用先進控制方法補償制造誤差和控制質量塊的振動軌跡，以達到對微陀螺儀的完全控制和角速度的測量。國內研究微陀螺儀的典型機構為東南大學儀器科學與工程學院及東南大學微慣性儀表與先進導航技術重點實驗室。
[0004]國際上的文章有將各種先進控制方法應用到微陀螺儀的控制當中，典型的有自適應控制和滑模控制方法。這些先進方法一方面補償了制作誤差引起的正交誤差，另一方面實現了對微陀螺儀的軌跡控制。但自適應控制對外界擾動的魯棒性很低，易使系統變得不穩定。
[0005]由此可見，上述現有的陀螺儀在使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而有待加以進一步改進。為了解決現有的陀螺儀在使用上存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于，克服現有的微陀螺儀控制方法存在的缺陷，特別是提高微陀螺儀系統在存在模型不確定、參數攝動以及外界擾動力等各種干擾情況下，對理想軌跡的追蹤性能和整個系統的魯棒性，而提供一種基于名義控制器的神經網絡全調節的控制方法。
[0007]本發明的目的及解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的，依據本發明提出的一種基于名義控制器的神經網絡全調節的控制方法，包括以下步驟:
[0008]( I)建立微陀螺儀的理想動力學方程；[0009](2)建立微陀螺儀的非量綱動力學方程；
[0010](3)設計名義控制器，所述名義控制器是基于微陀螺儀的名義值模型設計的軌跡跟蹤控制器，具體為，由于微陀螺儀的動力學方程中，D, K, Ω均為未知參數，設它們的名義值為Dtl, K0, Qtl，將控制器的控制輸出U1設計為，
[0011]
【權利要求】
1.一種基于名義控制器的神經網絡全調節的控制方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)建立微陀螺儀的理想動力學方程； (2)建立微陀螺儀的非量綱動力學方程； (3)設計名義控制器，所述名義控制器是基于微陀螺儀的名義值模型設計的軌跡跟蹤控制器，具體為，由于微陀螺儀的動力學方程中，D, K, Ω均為未知參數，設它們的名義值為，D0, K0, Qtl，將控制器的控制輸出U1設計為，
2.依據權利要求1所述的一種基于名義控制器的神經網絡全調節的控制方法，其特征在于，所述理想動力學方程描述 如下:
3.依據權利要求1所述的一種基于名義控制器的神經網絡全調節的控制方法，其特征在于，所述建立微陀螺儀的非量綱動力學方程為: 2-1)考慮到制造誤差和外界干擾作用，兩軸微陀螺儀的動力學方程為:
4.依據權利要求1所述的一種基于名義控制器的神經網絡全調節的控制方法，其特征在于，所述RBF神經網絡選用三層結構，輸入層，隱層和輸出層；所述輸入層接收可測量信號輸入X ;所述隱層采用高斯基函數計算非線性映射后的輸出；所述輸出層通過加權各隱層節點的輸出得到整個RBF網絡的輸出，用數學描述RBF神經網絡模型如下:
【文檔編號】G05B13/04GK103472725SQ201310429704
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】吳丹, 費峻濤 申請人:河海大學常州校區