MEMS微陀螺的自适应滑模控制方法研究.docx

摘要:微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System），以下简称（MEMS）也叫做微机械、微电子机械系统、微系统等，是指大小在几毫米甚至更小的高科技装置。MEMS的内部结构一般是在微米级别甚至纳米级别，MEMS是一个独立的智能系统。微机电系统是集微感器、微执行机器、微机械的结构、微电源、微能源、信号处理器、控制电路板、高性能电子集成器件、接口技术、通信系统等于一体的微型器件或系统。MEMS是一项创造性革命性的新技术，广泛的使用于高新科技产业，是一个关系到整个大国家的科学技术发展、经济繁荣和国家防护安全的关键技术。MEMS侧重于超精密机械加工，涉及到微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学术面涵盖于微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理、化学、机械学的各分支。

MEMS陀螺仪可以嵌入电子，信息，智能控制系统中，使得系统体积和成本大幅度下降，而且总体性能大幅度提升。由于这些优点使其在高精度领域拥有广阔的发展前景。本文首先对 MEMS 微陀螺的基本理论进行了介绍。之后介绍了滑模控制原理和自适应算法。针对MEMS陀螺的动力学控制问题，提出了一种具有一定性能的自适应滑模控制方法。其次，采用自适应控制技术对所提出的控制力参数进行了控制。通过对MEMS陀螺的仿真，验证了该控制算法的有效性。最后，用 Lyapunov 稳定性理论设计自适应控制器并进行稳定性证明。

本设计以解决关键理论和方法为基础，采用理论分析和实验仿真验证相结合的方法。对MEMS微陀螺进行分析，进而找出能增加稳定性的方法。

关键词：滑模控制器；自适应控制；MEMS微陀螺

目  录

摘  要

ABSTRACT

第1章 绪论-1

1.1 本课题的研究背景及意义-1

1.2  MEMS陀螺仪控制方案研究现状-2

1.3 本文主要研究内容-4

1.4 章节安排-4

第2章 自适应算法-5

2.1 模型参考自适应算法-5

2.2 自校正控制算法-10

第3章 MEMS微陀螺的建模-12

3.1 微陀螺动力学模型-12

3.2 微陀螺模型无量纲化变换-14

第4章 MEMS微陀螺的滑模控制-17

4.1 模型参数已知的MEMS微陀螺滑模控制算法-17

4.2 Lyapunov稳定性证明-18

4.3 仿真结果分析-18

第5章MEMS微陀螺的自适应滑模控制-22

5.1 模型参数未知的MEMS微陀螺滑模控制算法-22

5.2 Lyapunov稳定性证明-23

5.3 仿真结果分析-24

第6章 总结与展望-30

6.1 全文总结-30

6.2 未来展望-30

参考文献-31

致  谢-33