自抗擾控制技術簡介

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1、自抗擾控制技術簡介1．自抗擾控制技術概述1.1什么是自抗擾控制技術自抗擾控制器（Auto/ActiveDisturbancesRejectionControler，ADRC）技術，是發(fā)揚PID控制技術的精髓并吸取現(xiàn)代控制理論的成就，運用計算機仿真實驗結果的歸納和總結和綜合中探索而來的，是不依賴被控對象精確模型的、能夠替代PID控制技術的、新型實用數(shù)字控制技術。1.2自抗擾控制技術的提出者——韓京清韓京清，朝鮮族,1937生，系統(tǒng)與控制專家，中國科學院數(shù)學與系統(tǒng)科學研究院系統(tǒng)科學研究所研究員、博士生導師,長期從事控制理論與應用研究工作，是我國控制理論和應用早期

2、開拓者之一。韓京清先生于1998年正式提出自抗擾控制這一思想。在這個思想提出之后，國內外許多研究者都圍繞著“自抗擾控制”展開實際工程應用的研究。同時，自抗擾控制的理論分析的研究也在不斷的深入。1.3自抗擾控制技術的特點和優(yōu)點（1）自抗擾控制器采用“觀測＋補償”的方法來處理控制系統(tǒng)中的非線性與不確定性，同時配合非線性的反饋方式，提高控制器的動態(tài)性能。（2）自抗擾控制器算法簡單、易于實現(xiàn)、精度高、速度快、抗擾能力強。（3）統(tǒng)一處理確定系統(tǒng)和不確定系統(tǒng)的控制問題；擾動抑制不需外擾模型或者外擾是否觀測；控制算法不需辨識控制對象；統(tǒng)一處理非線性和線性系統(tǒng)；可以進行時滯

3、系統(tǒng)控制；解耦控制只要考慮靜態(tài)耦合，不用考慮動態(tài)耦合等。2．自抗擾控制技術提出的背景2.1現(xiàn)代控制理論的缺點和改進現(xiàn)代控制理論以狀態(tài)變量描述為基礎，以狀態(tài)反饋實現(xiàn)極點配置來改善全局動態(tài)特性的問題。因而，此種控制的主要手段是狀態(tài)反饋?！斑@種全局控制方法需要知道關于開環(huán)動態(tài)特性的先驗知識和狀態(tài)變量的信息，這在許多工程實際中是很不現(xiàn)實的，因為工程實際提供不了有關開環(huán)動態(tài)特性的多少先念知識，因此這種全局控制方法是很難在實際中得到應用?！边@就是現(xiàn)代控制理論的缺點，這也限制了這種控制方法在工程實際中的應用。事實上，要實現(xiàn)控制目的，不一定要知道系統(tǒng)的開環(huán)動態(tài)特性。實現(xiàn)控制

4、的主要目的是施加控制力，使目標值與輸出值之間的誤差衰減下去，因而只需要知道開環(huán)動態(tài)特性的具體表現(xiàn)量。這就是將狀態(tài)反饋的理念轉換為誤差反饋的理念。圖（1）、圖（2）是這兩種控制方式的框圖。圖（1）基于狀態(tài)反饋的全局控制方法圖（2）基于誤差反饋的“過程的控制”2.2PID控制的優(yōu)缺點PID控制的主要優(yōu)點是：“不用被控對象的精確模型，只用控制目標與對象實際行為的誤差來產生消除此誤差的控制策略的過程控制思想，是PID留給人類的寶貴思想遺產，是PID控制技術的精髓?！币舱且驗檫@個原因，PID控制才能在控制工程實踐中得到廣泛有效的應用。PID控制的缺陷：（1）直接以e

5、=v-y的方式產生原始誤差。控制目標v是有可能產生突變的，而對象輸出y一定是連續(xù)的，用連續(xù)的緩變的變量追蹤可能跳變的變量本身就是不合理的。（2）產生e的微分信號沒有太好的辦法。（3）線性組合不一定是最好的組合方式。（4）誤差信號e的積分反饋的引入有很多負作用。韓京清研究員針對PID控制的缺陷提出了改進方法。（1）安排過渡過程。（2）微分信號的提取。（3）各參數(shù)的非線性組合的應用。（4）狀態(tài)擴張觀測器。3.自抗擾控制器的基本結構“用安排過渡過程、擴張狀態(tài)觀測器、非線性組合部件就可以裝配出具有奇特功能的控制器——自抗擾控制器（Auto/ActiveDisturb

6、ancesRejectionControler，ADRC）?！?.1自抗擾控制器的框圖圖（3）自抗擾控制器的框圖3.2自抗擾控制器的基本結構自抗擾控制器(ADRC)主要包括：（1）非線性跟蹤微分器(TD)；（2）擴張狀態(tài)觀測器(ESO)；（3）非線性組合(NLC)。自抗擾控制器利用跟蹤微分器(TD)為參數(shù)輸入安排過渡過程，得到光滑的輸入信號，并提取其微分信號。ESO是ADRC的核心，采用雙通道補償?shù)姆椒ǜ脑鞂ο竽Ｐ?，將非線性、不確定的系統(tǒng)近似線性化和確定性化。利用擴張狀態(tài)觀測器(ESO)對對象進行估計，不僅能得到各個狀態(tài)變量的估計，而且能得到對象方程右端估計

7、，即擾動估計。對跟蹤微分器輸出與擴張狀態(tài)觀測器給出的狀態(tài)變量估計取誤差，形成狀態(tài)變量誤差。這個狀態(tài)變量誤差的非線性反饋與擴張狀態(tài)觀測器對未知作用力估計的補償量一起組成控制量。3.3典型的二階自抗擾控制器的算法在這里r0，β01，β02，β03，r，c，h1，b0是控制器的參數(shù)。其中r0是根據過渡過程快慢的需要和系統(tǒng)的承受能力來決定的；參數(shù)β01，β02，β03是由系統(tǒng)所采用采樣步長來決定的。這樣，系統(tǒng)中真正需要調整的參數(shù)為控制量增益r、阻尼系數(shù)c、精度因子h1和補償因子b0四個了。在一般情況下，控制量增益r是大到一定程度就可以了，再大也幾乎沒什么影響。因此只

8、需要調整三個參數(shù)r、c、h1。這三個參數(shù)與PID控制