一种半球谐振陀螺的全角模式控制方法与流程

本发明涉及半球谐振陀螺控制领域，具体是一种半球谐振陀螺的全角模式控制方法。

背景技术：

1、半球谐振陀螺（hemispherical resonator gyroscope, hrg）是一种利用半球谐振子作为敏感元件的陀螺仪。它基于科里奥利效应原理，通过测量振动物体在旋转参考系中的频率变化来感知角速度。半球谐振陀螺具有高精度、高稳定性和长寿命等优点，广泛应用于航天、航空、船舶、地面交通等领域的导航和定位系统中。由于其出色的性能，半球谐振陀螺在提高导航系统精度方面发挥着重要作用。

2、现有技术中，半球谐振陀螺的全角模式控制方法主要关注于如何通过控制算法确保陀螺仪的稳定运行和精确测量。这些方法通常涉及复杂的动力学模型和控制理论，以及对陀螺仪振动信号的实时监测和处理。然而，这些方法可能存在一些局限性，例如对实时反馈的依赖、对模型准确性的高要求、以及在面对未知扰动或参数变化时的鲁棒性问题。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种半球谐振陀螺的全角模式控制方法，该方法通过定义的滑模面函数和控制律设计，能够更直接引导系统状态达到期望的角速度，不需要复杂的反馈调整，且通过自适应法则对增益矩阵进行实时更新，能够适应系统参数的变化和外部扰动，提高系统的鲁棒性。

2、一种半球谐振陀螺的全角模式控制方法，包括以下步骤：

3、s1. 初始化传感器系统，启动陀螺仪内置的传感器阵列，所述传感器阵列至少包括振动加速度计；通过1khz的固定频率进行连续的数据采集，实时收集陀螺仪的振动信号读数；

4、s2. 定义滑模面函数：，其中，所述表示滑模面函数，所述表示陀螺仪的角位移，所述表示陀螺仪的角速度，所述表示期望的角速度；设计控制律：，其中，所述表示对角矩阵，所述表示自适应增益矩阵，所述表示符号函数，所述控制律用于引导系统状态达到并保持在滑动面上；

5、s3. 根据自适应法则，对自适应增益矩阵进行动态调整，在每次控制循环中，根据最新的滑模面误差和状态变化，更新值；

6、s4. 根据当前的陀螺仪状态的控制律，计算控制信号，并将控制信号转换为执行器的控制指令。

7、进一步的，所述步骤s2中，定义滑模面具体包括以下步骤：

8、s201. 建立谐振陀螺的空间状态模型：

9、；

10、 ；

11、其中，所述表示系统的固有角频率，所述表示阻尼系数，所述表示陀螺仪的转动惯量，所述表示施加到陀螺仪上的控制力矩，所述表示角位移的时间导数，即实际的角速度，所述表示角速度的时间导数，即角加速度；

12、s202. 基于状态空间模型，对滑模面进行定义。

13、进一步的，所述步骤s202具体包括以下子步骤：

14、s2021. 定义误差变量作为实际状态与期望状态之间的差值：；

15、s2022. 当期望系统状态达到期望角速度并保持不变时，设置为0；当需调整系统状态的收敛速度时，设置为一个非0值；

16、s2023. 将滑模面方程定义为误差变量的函数，即：

17、；

18、；

19、其中，当时，表示系统的实际角速度到达期望角速度，此时系统状态位于滑动面上。

20、进一步的，所述步骤s3中，根据自适应法则，对自适应增益矩阵进行动态调整具体流程为：

21、通过自适应法则对增益矩阵进行更新，其中，所述表示根据系统响应动态调整的正系数。

22、进一步的，所述步骤s4中，将控制信号转换为执行器的控制指令的具体流程如下：

23、将控制信号通过转换为pwm信号，其中，所述表示pwm信号值，所述表示pwm信号的最大电压。

24、进一步的，还包括步骤s5：实时监控谐振陀螺的角位移和角速度，当存在偏差时，根据滑模面函数动态调整参数值和值。

25、发明的有益效果是：

26、本发明所提出的方法通过应用于在全角模式控制方案中，谐振陀螺的控制系统不依赖于实际角速度的反馈，而是使用预先设定的模型和算法来计算控制输入可以确保系统在没有实时反馈的情况下也能实现精确的控制。

技术特征：

1.一种半球谐振陀螺的全角模式控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种半球谐振陀螺的全角模式控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，定义滑模面具体包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的一种半球谐振陀螺的全角模式控制方法，其特征在于，所述步骤s202具体包括以下子步骤：

4.如权利要求1所述的一种半球谐振陀螺的全角模式控制方法，其特征在于，所述步骤s3中，根据自适应法则，对自适应增益矩阵进行动态调整具体流程为：

5.如权利要求1所述的一种半球谐振陀螺的全角模式控制方法，其特征在于，所述步骤s4中，将控制信号转换为执行器的控制指令的具体流程如下：

6.如权利要求1所述的一种半球谐振陀螺的全角模式控制方法，其特征在于，还包括步骤s5：实时监控谐振陀螺的角位移和角速度，当存在偏差时，根据滑模面函数动态调整参数值和值。

技术总结本发明公开了一种半球谐振陀螺的全角模式控制方法，涉及半球谐振陀螺控制领域，本发明所提出的方法通过应用于在全角模式控制方案中，谐振陀螺的控制系统不依赖于实际角速度的反馈，而是使用预先设定的模型和算法来计算控制输入可以确保系统在没有实时反馈的情况下也能实现精确的控制。技术研发人员：李永德受保护的技术使用者：四川图林科技有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20