MEMS微陀螺的模糊滑模控制方法研究.docx

摘要:微陀螺相比于传统陀螺具有以下特点：重量低、体积小、成本廉价等特点,因此具有宽阔的市场前景。本文通过对微陀螺物理结构的研究与分析，综合考虑微陀螺结构上的不对称，质量块中心偏移，测量噪声等等影响，建立微陀螺仪的动力学模型。为了抑制各种参数的不确定性和外界干扰的影响，研究者想出了很多办法提高了MEMS陀螺仪的检测精度。然而，实际应用中的参数不确定性和外部干扰通常不满足匹配条件，这一度成为人们关注的话题。因此，本文重点研究了基于MEMS陀螺仪控制系统的基于模糊逻辑的滑模控制器的设计，完成了两轴的轨迹跟踪，并根据Lyapunov的方法证明了控制器的稳定性。

首先，本文对 MEMS 陀螺仪的基本理论进行了介绍，包括微陀螺的建模，MEMS 陀螺仪的常规操作模式，并给出了目前常用的矩阵形式和状态方程形式的两种无量纲化数学模型。同时介绍了滑模控制的基本原理，分析了这种控制策略的优势，亦指出了滑模控制策略存在的两大问题：到达滑模面后控制信号的高频抖振和对不匹配干扰的敏感性。接着介绍了模糊逻辑的基本原理和结构，并把模糊逻辑应用到滑模控制中。其次，对微陀螺系统参数已知和未知的模型，设计模糊滑模控制器来跟踪误差及轨迹跟踪，最后本文就参数未知的情况下用模糊控制去逼近控制轨迹完成跟踪。

本文采用微陀螺和滑模控制相结合的研究策略，同时理论分析和MATLAB软件仿真验证，完成课题的研究目标。

关键词：滑模控制器；模糊控制；抖振；微陀螺

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论-1

1.1选题背景及意义-1

1.2 MEMS陀螺仪控制方案研究现状-1

1.3 本文主要研究内容-4

1.4  论文章节安排-4

第二章 模糊逻辑-6

2.1 模糊逻辑结构-6

2.2 模糊逻辑万能逼近定理-10

第三章MEMS微陀螺的建模-15

3.1 微陀螺动力学模型-15

3.2 微陀螺模型无量纲化变换-16

3.2.1模型的无量纲化变换-16

3.2.2 两轴陀螺仪及其无量纲化-16

第四章 MEMS的微陀螺滑模控制-19

4.1 模型参数已知的MEMS微陀螺滑模控制算法-19

4.2 Lyapunov稳定性证明-20

4.3 仿真分析-20

第五章 MEMS微陀螺的模糊滑模控制-24

5.1 系统动态未知的MEMS微陀螺滑模控制算法-24

5.2 Lyapunov稳定性证明-25

5.3 仿真结果分析-26

第六章 总结与展望-28

6.1 全文总结-28

6.2 未来展望-28

参考文献-29

致  谢-31