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《自抗擾控制技術(shù)簡介》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、自抗擾控制技術(shù)簡介1.自抗擾控制技術(shù)概述1.1什么是自抗擾控制技術(shù)自抗擾控制器(Auto/ActiveDisturbancesRejectionControler,ADRC)技術(shù),是發(fā)揚PID控制技術(shù)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(jié)果的歸納和總結(jié)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(shù)的、新型實用數(shù)字控制技術(shù)。1.2自抗擾控制技術(shù)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(yīng)用研究工作,是我國控制理論和應(yīng)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(nèi)外許多研究者都圍繞著“自抗擾控制”展開實際工程應(yīng)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(shù)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(shù)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(chǔ),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(guān)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(guān)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(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)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(chǎn)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(chǎn),是PID控制技術(shù)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(yīng)用。PID控制的缺陷:(1)直接以e
5、=v-y的方式產(chǎn)生原始誤差??刂颇繕藇是有可能產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)用。(4)狀態(tài)擴張觀測器。3.自抗擾控制器的基本結(jié)構(gòu)“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(jié)構(gòu)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停瑢⒎蔷€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(jù)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(diào)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(diào)整三個參數(shù)r、c、h1。這三個參數(shù)與PID控制