Extended state observer-based robust non-linear integral dynamic surface control for triaxial MEMS gyroscope

控制理论(社会学) 陀螺仪 数学 有界函数 振动结构陀螺仪 凸优化 正多边形 数学分析 计算机科学 物理 控制(管理) 几何学 量子力学 人工智能
作者
Mehran Hosseini‐Pishrobat,Jafar Keighobadi
出处
期刊:Robotica [Cambridge University Press]
卷期号:37 (3): 481-501 被引量:27
标识
DOI:10.1017/s0263574718001133
摘要

SUMMARY This paper reports an extended state observer (ESO)-based robust dynamic surface control (DSC) method for triaxial MEMS gyroscope applications. An ESO with non-linear gain function is designed to estimate both velocity and disturbance vectors of the gyroscope dynamics via measured position signals. Using the sector-bounded property of the non-linear gain function, the design of an $\mathcal{L}_2$ -robust ESO is phrased as a convex optimization problem in terms of linear matrix inequalities (LMIs). Next, by using the estimated velocity and disturbance, a certainty equivalence tracking controller is designed based on DSC. To achieve an improved robustness and to remove static steady-state tracking errors, new non-linear integral error surfaces are incorporated into the DSC. Based on the energy-to-peak ( $\mathcal{L}_2$ - $\mathcal{L}_\infty$ ) performance criterion, a finite number of LMIs are derived to obtain the DSC gains. In order to prevent amplification of the measurement noise in the DSC error dynamics, a multi-objective convex optimization problem, which guarantees a prescribed $\mathcal{L}_2$ - $\mathcal{L}_\infty$ performance bound, is considered. Finally, the efficacy of the proposed control method is illustrated by detailed software simulations.

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