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)計技術(shù)的不斷進(jìn)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(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)重時造成失穩(wěn)。因此，在相關(guān)控制器設(shè)計時，有必要對輸入非線性效應(yīng)進(jìn)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?？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，并針對具體的研究問題提出了相應(yīng)的滑?？刂破?。
　　本文首先就MEMS陀螺儀研究現(xiàn)狀及相關(guān)知識進(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(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)操作模式下動力學(xué)方程以及新型操作模式下數(shù)學(xué)模型等。同時就幾種控制方法作了簡要概述，包括自適應(yīng)控制策略、滑?？刂撇呗浴⒎囱菘刂撇呗约吧窠?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)分別實現(xiàn)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、奇異終端滑模控制器(NTMSC)的運用不僅避免了普通終端滑?？刂?TSMC)中極易出現(xiàn)的奇異問題，而且實現(xiàn)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(shè)計了基于雙環(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