輸入非線性下MEMS陀螺儀滑?？刂撇呗匝芯?pdf

1、隨著MEMS集成設計技術的不斷進步，MEMS陀螺儀已成為一類極具市場發(fā)展?jié)摿Φ慕撬俣葌鞲衅鳎诤芏囝I域尤其是汽車和電子領域得到了普遍的應用。然而，考慮到實際應用下，器件物理局限性、工作環(huán)境的復雜多變性等因素，輸入非線性效應(包括扇區(qū)、遲滯、死區(qū)等)經常發(fā)生，微米量級尺度效應影響下的微機械換能器中尤其復雜。各種非線性效應的存在影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，嚴重時造成失穩(wěn)。因此，在相關控制器設計時，有必要對輸入非線性效應進行抑制或補償，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)的滑模控制技術。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，并針對具體的研究問題提出了相應的滑模控制器。
　　本文首先就MEMS陀螺儀研究現狀及相關知識進行了介紹。研究現狀方面，主要就目前 MEMS陀螺儀系統(tǒng)存在的問題及常見的控制設計方法做了簡要概述，著重分析了傳統(tǒng)操作模式下的自激振蕩控制技術、鎖相環(huán)控制技術(PLL)等，考慮到操作模式的缺陷，指出了新型操作模

3、式運用的必要性，進而結合滑模控制策略進行了相關分析。相關知識方面，介紹了陀螺儀的基本理論及本文所需要的控制方法，包括哥氏效應原理、傳統(tǒng)操作模式下動力學方程以及新型操作模式下數學模型等。同時就幾種控制方法作了簡要概述，包括自適應控制策略、滑?？刂撇呗?、反演控制策略及神經網絡控制策略。其次，研究了具有扇區(qū)邊界未知的陀螺系統(tǒng)滑?？刂茊栴}，文章結合利用Lyapunov穩(wěn)定理論和 LMI技術分別實現了三軸陀螺的模態(tài)運動跟蹤和陀螺的零點校正。其中非

4、奇異終端滑?？刂破?NTMSC)的運用不僅避免了普通終端滑?？刂?TSMC)中極易出現的奇異問題，而且實現了陀螺模態(tài)運動的有限時間跟蹤。再次，針對 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，分別設計了基于雙環(huán)(位移環(huán)和速度環(huán))控制和基于自適應全局反演控制的滑模跟蹤器，利用滑?？刂茖ο到y(tǒng)外加干擾的不敏感性來減弱遲滯特性對控制系統(tǒng)的影響，實際仿真驗證了其抑制遲滯輸入非線性的有效性。最后，針對