從pid技術(shù)到“自抗擾控制”技術(shù)

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1、維普資訊http://www.cqvip.com20O2年5月控制工程Mav2002第9卷第3期ComroIEngineeringofChinaVoI．9．No．3文章編號(hào)：1005—3662(2002)03—0013—06從PID技術(shù)到“自抗擾控制”技術(shù)韓京清(中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院系統(tǒng)科學(xué)所，北京100080)摘要：從侍統(tǒng)PID的原理出發(fā)，分析了它的優(yōu)缺點(diǎn)。利用非踐性機(jī)制來(lái)開(kāi)發(fā)了一些具有特珠功能的環(huán)節(jié)：跟蹤微分囂(TD)，擴(kuò)張狀態(tài)觀剝囂(E93)，非線性PIEg,NPID)等，井以此組告出高品質(zhì)的新型控制囂一自抗撫控制囂(AD)，從而彤成了新的“白抗擾控制”技術(shù)。新型的控制器具

2、有算法簡(jiǎn)單、參數(shù)易于調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：PID；非線性反饋；白抗擾控制中圈分類號(hào)：TPl3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A和變化趨勢(shì)的加權(quán)和控制策略。PIE)在實(shí)際中大1引言量應(yīng)用，但不易滿足高性能要求，于是想靠對(duì)象模PID控制器在工業(yè)過(guò)程控制中占據(jù)的主導(dǎo)地型來(lái)尋求更好的控制方法，但靠模型的路子恰恰位是絕無(wú)僅有的。目前，PID控制器在運(yùn)動(dòng)控制、把PID的最大優(yōu)點(diǎn)丟掉了航天控制及其他過(guò)程控制的應(yīng)用中．仍然占據(jù)95PID的優(yōu)點(diǎn)：靠控制目標(biāo)與實(shí)際行為之問(wèn)的％以上。據(jù)最新的文獻(xiàn)[1]顯示，在紙漿和造紙工誤差來(lái)確定消除此誤差的控制策略。業(yè)中．PI控制器的應(yīng)用甚至超過(guò)了98％由此PIE)的缺點(diǎn)：①誤差的取法；②由誤差提

3、取可見(jiàn)，不管現(xiàn)代控制理論給出的控制方法在理論de／dr的辦法；③“加權(quán)和”策略不一定最好；④積上是多么的完美而漂亮，可是仍然難以在現(xiàn)代的分反饋有許多副作用。工業(yè)控制中找到自己的立足之處。這說(shuō)明時(shí)至今我們的思路是探討更好的控制策略，這種策日，控制理論和工程實(shí)際相脫離的鴻溝不但沒(méi)有略的宗旨是保留PID的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)。我們彌合的跡象，反而有了加劇的趨勢(shì)。的工具是利用特殊非線性效應(yīng)來(lái)開(kāi)發(fā)具有特殊功面對(duì)這種尷尬的局面．我們不得不重新認(rèn)識(shí)能的環(huán)節(jié)，并以此來(lái)組合出高品質(zhì)控制器。PID控制技術(shù)，探索其機(jī)理，發(fā)揚(yáng)其優(yōu)勢(shì)，克服其克服PID“缺點(diǎn)”的具體辦法是：①安排合適缺點(diǎn)，進(jìn)而尋找更好的控制技術(shù)。本文的

4、出發(fā)點(diǎn)的“過(guò)渡過(guò)程”；②合理提取“微分”．“跟蹤微分器”就在于此。(TrackingDiferentiator，TD)；③探討合適的組合方法一“非線性組合”(NF)；④探討“擾動(dòng)估計(jì)”辦2傳統(tǒng)PID的結(jié)構(gòu)及優(yōu)、缺點(diǎn)法一“擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器”(ExtendedState0b~rver，傳統(tǒng)PIE)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。ESO)下面，我們以二階對(duì)象控制為例來(lái)討論保留●●●-●●—?！??！！Ｒ灰灰灰灰灰弧?。—PID的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)的辦法。墅3合理提取微分的方法一“跟蹤微分器”(TD)圉1傳統(tǒng)PID的結(jié)構(gòu)1)經(jīng)典微分器的形式為：“=o』：ear+te+de=㈦=。={(-一)。，T業(yè)過(guò)程控制的PID

5、控制原理是基于誤差來(lái)生成消除誤差的控制策略：用誤差的過(guò)去、現(xiàn)在()士((f)一(—r))一。()收稿日期：2002—04—08作者筒介：韓京清(1937一)，男(朝鮮蘸)，吉林長(zhǎng)白人．研究員，大學(xué)本科，主要事控制理論與應(yīng)用等方面的教學(xué)與科研工作。維普資訊http://www.cqvip.com·14控制工程第9卷式中，(t)，j，(t)分別是系統(tǒng)的輸入、輸出信號(hào)，式中，。(r，t)跟蹤(t)，z2(r，t)收斂于“廣義”()是系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。當(dāng)對(duì)信號(hào)(t)疊加隨函數(shù)”(t)的“廣義導(dǎo)數(shù)”。機(jī)噪聲n(t)時(shí)系統(tǒng)式(3)稱做系統(tǒng)式(2)派生的“跟蹤微分器”。j，(f){(()一(一))+旦系統(tǒng)

6、式(1)稱做“快速跟蹤微分器”。3)“快速跟蹤微分器”的離散形式口(t)+(t)r用跟蹤微分器式(1)來(lái)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，進(jìn)入r越小時(shí)，系統(tǒng)輸出的“噪聲放大”就越嚴(yán)重。“穩(wěn)態(tài)”時(shí)易產(chǎn)生“高頻顫振”，把sgn()改成若用近似微分公式sat(z，d)也不能使之避免。為此，我們給出“跟(t)≈—rl—)，0<1<2蹤微分器”的離散形式。設(shè)離散系統(tǒng)為：則有=l_(一i一)=fzl(k+1)=z1(k)+h：cz(k)【2(k+1)=2(k)+hu，j“I≤rr1r2+(rl+r2)+1直接對(duì)上式求“快速控制最優(yōu)綜合函數(shù)”，得可以降低“噪聲放大”的效應(yīng)?！?￡(l，X2，r，^)：這里，“微分”信號(hào)是用

7、“盡快地跟蹤輸入信d=rh：do=dh；號(hào)”的辦法得到的。那么能否用“最快地跟蹤”的=l+hsc2；。0=(d+8rbyI){；辦法得到微分信號(hào)呢?l2+(ao—d)／2，Ij，I>do2)跟蹤一微分器的一般理論【]。1x2+／h，{j，I≤d0設(shè)二階系統(tǒng)為：Im／d，lⅡI≤d一1s舯(。)，InI>d』tX2式中，h為積分步長(zhǎng)。lt2=“，I“l(fā)≤r有離散系統(tǒng)為：上式的“快速最優(yōu)控制”綜臺(tái)系統(tǒng)為：fzl(t+h)=z