一种基于遗传优化的超流体陀螺控制系统设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于遗传优化的超流体陀螺控制系统设计方法，适用于超流体陀 螺控制系统的优化。 技术背景
[0002] 自19世纪末到现在，陀螺仪作为主要的惯性导航检测设备，在军、民用领域发挥 着重要的作用。传统概念的陀螺是通过转子转动产生动量矩来敏感陀螺壳体相对惯性空间 的角运动。近年来随着光学、低温物理学等领域的快速发展，出现了一系列新型的陀螺。这 种陀螺不再拥有高速旋转的转子，而是基于新型的物理机理来完成壳体相对惯性空间的运 动测量。激光陀螺的精度较高，但加工复杂且存在闭锁问题。光纤陀螺加工简单、精度高， 但系统稳定性差，体积大。基于低温物理学发展起来的有冷原子束陀螺和超流体陀螺，其中 前者在激光冷却技术和捕获原子的精确控制方面存在巨大挑战，后者凭借其无粘滞性、无 摩擦、高精度、高灵敏度的优良性能，近年来引起了国内学者的极大关注。
[0003] 基于交流约瑟夫森效应的超流体陀螺，利用4He超流体在环形腔的物质波干涉效 应实现对转动角的测量，灵敏度可达
【主权项】
1. 一种基于遗传优化的超流体陀螺控制系统设计方法，其特征在于：根据双弱连接超 流体陀螺的工作原理，建立超流体陀螺的数学模型；利用幅值锁定补偿方法建立超流体陀 螺角速度模型；在带有模糊控制器的超流体控制回路中，使用间接编码三角形隶属函数左 半宽度的遗传算法优化模糊控制器的隶属函数，提高遗传优化效率和模糊控制器的控制精 度，从而提高整个超流体陀螺控制系统性能，具体包括以下步骤： (1) 根据双弱连接超流体陀螺的工作原理，建立超流体陀螺的数学模型：
式中，I⑴为环形腔内总的物质波流量，P1为超流体的密度，]为感应面积的矢量，N 为单个弱连接所含的孔数，Itl为单孔临界超流体强度，△!!为由弱连接两侧压力差与温度差 形成的化学势能差，△ Φ为双弱连接处的相位差，△ Φω为外部旋转角速度造成的萨格纳 克相位移，Δ 为注入的热相位，φ ^为初始相位，P为环形腔内总的物质波相位，h为普 朗克常数，m为4He超流体原子的质量，S为外界的旋转角速度； (2) 建立超流体陀螺角速度模型 针对步骤（1)所得到的超流体陀螺检测的数学模型，利用幅值锁定原理设定工作点在 π /3处，对超流体陀螺注入热相位，得到可直接解算的超流体陀螺角速度解：
式中，m为补偿量最大值，η为达到最大补偿量的次数； (3) 设计改进型遗传优化模糊控制系统 在带有模糊自适应PID控制器的超流体陀螺的控制系统中，针对典型的等腰三角形输 入输出隶属函数，引入重叠因子，对三角形隶属函数进行遗传优化，采用间接编码三角形隶 属函数左半宽度的遗传优化算法，考虑系统产生超调的情况，采用具有一定惩罚功能的最 优指fe :
，e(t)为期望幅值与检测幅值的 位移差和位移的偏差，ω1Ν ω2、〇3为权值，u(t)为控制器输出，tu为上升时间。
【专利摘要】本发明涉及一种基于遗传优化的超流体陀螺控制系统设计方法。根据双弱连接超流体陀螺的工作原理，建立超流体陀螺的数学模型；利用幅值锁定补偿方法建立超流体陀螺角速度模型；在带有模糊控制器的超流体控制回路中，引入重叠因子，使用间接编码三角形隶属函数左半宽度的遗传算法优化模糊控制器的隶属函数，提高遗传优化效率和模糊控制器的控制精度，从而提高整个超流体陀螺控制系统性能。本发明属于新概念陀螺控制技术领域，可应用于超流体陀螺的控制系统优化设计。
【IPC分类】G01C19-58
【公开号】CN104535058
【申请号】CN201410686261
【发明人】任元, 赵玉龙, 缪存孝, 姚红, 王卫杰, 王平, 张立元
【申请人】中国人民解放军装备学院, 北京科技大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月25日