輸入非線性下MEMS陀螺儀滑?？刂撇呗匝芯?pdf

1、隨著MEMS集成設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步，MEMS陀螺儀已成為一類極具市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Φ慕撬俣葌鞲衅?，在很多領(lǐng)域尤其是汽車和電子領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用。然而，考慮到實(shí)際應(yīng)用下，器件物理局限性、工作環(huán)境的復(fù)雜多變性等因素，輸入非線性效應(yīng)(包括扇區(qū)、遲滯、死區(qū)等)經(jīng)常發(fā)生，微米量級(jí)尺度效應(yīng)影響下的微機(jī)械換能器中尤其復(fù)雜。各種非線性效應(yīng)的存在影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，嚴(yán)重時(shí)造成失穩(wěn)。因此，在相關(guān)控制器設(shè)計(jì)時(shí)，有必要對(duì)輸入非線性效應(yīng)進(jìn)行抑制或補(bǔ)償，以便得到理想的

2、控制性能。本文主要研究了具有輸入非線性特性的MEMS陀螺儀系統(tǒng)的滑?？刂萍夹g(shù)。研究過程中，分別考慮了系統(tǒng)存在扇區(qū)、遲滯及死區(qū)的狀況，并針對(duì)具體的研究問題提出了相應(yīng)的滑模控制器。
　　本文首先就MEMS陀螺儀研究現(xiàn)狀及相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了介紹。研究現(xiàn)狀方面，主要就目前 MEMS陀螺儀系統(tǒng)存在的問題及常見的控制設(shè)計(jì)方法做了簡(jiǎn)要概述，著重分析了傳統(tǒng)操作模式下的自激振蕩控制技術(shù)、鎖相環(huán)控制技術(shù)(PLL)等，考慮到操作模式的缺陷，指出了新型操作模

3、式運(yùn)用的必要性，進(jìn)而結(jié)合滑模控制策略進(jìn)行了相關(guān)分析。相關(guān)知識(shí)方面，介紹了陀螺儀的基本理論及本文所需要的控制方法，包括哥氏效應(yīng)原理、傳統(tǒng)操作模式下動(dòng)力學(xué)方程以及新型操作模式下數(shù)學(xué)模型等。同時(shí)就幾種控制方法作了簡(jiǎn)要概述，包括自適應(yīng)控制策略、滑?？刂撇呗?、反演控制策略及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略。其次，研究了具有扇區(qū)邊界未知的陀螺系統(tǒng)滑?？刂茊栴}，文章結(jié)合利用Lyapunov穩(wěn)定理論和 LMI技術(shù)分別實(shí)現(xiàn)了三軸陀螺的模態(tài)運(yùn)動(dòng)跟蹤和陀螺的零點(diǎn)校正。其中非

4、奇異終端滑?？刂破?NTMSC)的運(yùn)用不僅避免了普通終端滑?？刂?TSMC)中極易出現(xiàn)的奇異問題，而且實(shí)現(xiàn)了陀螺模態(tài)運(yùn)動(dòng)的有限時(shí)間跟蹤。再次，針對(duì) MEMS陀螺儀換能器換能過程中所引發(fā)的遲滯問題，以 Backlash-like遲滯模型為例，分別設(shè)計(jì)了基于雙環(huán)(位移環(huán)和速度環(huán))控制和基于自適應(yīng)全局反演控制的滑模跟蹤器，利用滑?？刂茖?duì)系統(tǒng)外加干擾的不敏感性來減弱遲滯特性對(duì)控制系統(tǒng)的影響，實(shí)際仿真驗(yàn)證了其抑制遲滯輸入非線性的有效性。最后，針對(duì)