طراحي كنترل مدلغزشي فازي تطبيقي با سطح لغزش مجانبي براي سيستم ژيروسكوپ ارتعاشي MEMS در حضور عدم قطعيت ها

Adaptive Fuzzy Slide Mode Control Design with Asymptotic Sliding Surface for MEMS Vibrational Gyroscope System in the Presence of Uncertainty

ژيروسكوپ هاي الكترومكانيكي، ژيروسكوپ هايي هستند كه بر اساس سيستم ارتعاشي كار مي كنند، كنترل مد تحريك اين سيستم ارتعاشي كوچك يكي از اهداف محققان است. در اين مقاله، كنترل مدلغزشي براي سيستم ژيروسكوپ ارتعاشي MEMS ارائه مي شود. براي اينكار در ابتدا با استفاده از روش ديناميك وارون، ديناميك هاي معلوم سيستم ژيروسكوپ حذف مي شود تا كران عدم قطعيت هاي موجود در معادلات ديناميكي كاهش يابد. سپس براي مقاوم نمودن كنترل كننده در برابر عدم قطعيت هاي باقيمانده، از تركيب كنترل مدلغزشي استفاده مي گردد. حضور كنترل مدلغزشي باعث بروز لرزش در ورودي كنترل مي شود و اين امر كاهش عمر محركه هاي مد تحريك سيستم ژيروسكوپ را به دنبال دارد. در اين مقاله براي جلوگيري از بروز مشكل لرزش در ورودي كنترل، دو راهكار ارائه مي شود. اثبات رياضي نشان مي دهد كه سيستم حلقه بسته با كنترل كننده هاي پيشنهادي و در حضور عدم قطعيت هاي موجود، داراي پايداري مجانبي سراسري است. براي نمايش عملكرد كنترل كننده هاي پيشنهادي، شبيه سازي هايي در سه مرحله بر روي سيستم ژيروسكوپ ارتعاشي MEMS پياده سازي مي شود. نتايج شبيه سازي ها، عملكرد مطلوب كنترل مدلغزشي فازي تطبيقي با سطح لغزش مجانبي را نشان مي دهند.

Electromechanical Gyroscopes are based on vibrational systems. To control the driving mode of such small vibrational system is of pivotal importance for researchers. A sliding-mode control system is proposed for MEMS gyroscopes. At first, for decreasing the uncertainties existed in dynamical equations, utilizing the Inverse Dynamics method known dynamics of the gyroscope system are eliminated. To make the controller robust against the remaining uncertainties, sliding-mode control is applied. Sliding mode control will add undesired chattering on the control input, which result in a reduction in driving mode actuator's lifetime. In order to preclude the chattering problem in the control input, two approaches are presented. In the first approach, an adaptive fuzzy approximator is used to estimate the uncertainty bound in dynamical equations. The application of proposed adaptive fuzzy sliding mode control in reducing the undesirable chattering in the control input is impressive. In the second approach, by adjusting the Adaptive fuzzy sliding mode control designing process, a new variable is presented, which finally leads to designing the control input derivative. The mathematical proof shows that the proposed control method will cause the sliding surface to converge to zero asymptotically in the presence of uncertainties. Since it is imperative for implementation purposes to take integral from the control input, the chattering phenomenon will disappear completely in practice. To demonstrate the function of the proposed controllers, four simulation steps have been implemented on MEMS gyroscopes. Simulation results indicate desired operation of adaptive fuzzy sliding mode control with the asymptotical sliding surface.