从PID技术到_自抗扰控制_技术 韩京清

自抗扰算法介绍报告

自抗扰算法（ADRC ）介绍报告 自抗扰控制器自PID 控制器演变过来，采取了PID 误差反馈控制的核心理念。传统PID 控制直接引取输出于参考输入做差作为控制信号，导致出现响应快速性与超调性的矛盾出现。自抗扰控制器主要由三部分组成：跟踪微分器(tracking differentiator)，扩展状态观测器 (extended state observer) 和非线性状态误差反馈控制律(nonlinear state error feedback law)。跟踪微分器的作用是安排过渡过程，给出合理的控制信号，解决了响应速度与超调性之间的矛盾。扩展状态观测器用来解决模型未知部分和外部未知扰动综合对控制对象的影响。虽然叫做扩展状态观测器，但与普通的状态观测器不同。扩展状态观测器设计了一个扩展的状态量来跟踪模型未知部分和外部未知扰动的影响。然后给出控制量补偿这些扰动。将控制对象变为普通的积分串联型控制对象。设计扩展状态观测器的目的就是观测扩展出来的状态变量，用来估计未知扰动和控制对象未建模部分，实现动态系统的反馈线性化，将控制对象变为积分串联型。非线性误差反馈控制律给出被控对象的控制策略。系统结构框图如图1 图1 过程和扩张状态观测器方程： 1y x =22302220(1)()*(()*(,,)*())z k z k h z k fal b u k βεαδ+=+-+1120111(1)()*(()*(,,))z k z k h z k fal βεαδ+=+-12212;()();()(,,,)x x x a t u t a t f x x t ω==+= 330312(1)**(,,) z k z h fal βεαδ+=-

新adrc自抗扰控制技术

3.3自抗扰控制技术的MATLAB仿真 自抗扰控制技术是由韩京清教授根据多年实际控制工程经验提出的新的控制理论。在传统的工业和其他控制领域，PID一直占据主导地位。目前，PID 在航空航天、运动控制及其他过程控制领域，仍然占据90%以上的份额。但是，PID自身还是存在缺陷，而韩京清教授正是出于对P1D控制算法的充分认知，尤其是对其缺陷的清晰分析，提出了自抗扰控制技术。 3.3.1自抗扰控制技术概述 自抗扰控制技术的提出是根据对PID控制技术的充分认知，扬其优点，抑其缺点而提出的。传统PID控制技术应用领域很广泛，其控制结构如图3-9所示。 图3-9 传统PID结构 其中， ? + + ? =e k e k d e k u t 2 1 ) (τ τ。众所周知，PID控制原理是基于误差来生成 消除误差控制策略:用误差的过去、现在和变化趋势的加权和消除误差。其优点有:靠控制目标与实际行为之间的误差来确定消除此误差的控制策略，而不是靠被控对象的“输入一输出”关系，即不靠被控对象的“输入-输出”模型来决定控制策略，简单易行，只要选择PID增益使闭环稳定，就能使对象达到静态指标。当然PID控制仍有缺点，其缺点如下 1、采用PID校正系统闭环动态品质对PID增益的交化太敏感，当被控对象处于变化的环 境中时，根据环境的变化经常需要变动PID的增益。 2、“基于误差反馈消除误差”是PID控制技术的精髓，但实际情况中直接取目标与实际 行为之间的误差常常会使初始控制力太大而使系统行为出现超调，而这正是导致使用PID控制技术的闭环系统产生“快速性”和“超调”不可调和矛盾的主要原因。3、PID是用误差的比例、积分、微分的加权和形式来形成反馈控制量的，然而在很多场 合下，由于没有合适的微分器，通常采用PI控制规律，限制了PID的控制能力。 4、PID是用误差的过去、现在和将来的适当组合来产生程制量的。经典PID一般采用线 性取和方法，但是实际系统多为非线性系统，所以非线性拉制器更适合实际情况。5、PID中的误差积分反馈对抑制常值扰动确实有效，但在无扰动作用时，误差积分反馈

基于自抗扰控制(ADRC)的无刷直流电机控制与仿真

一、研究意义 1.研究意义 由于无刷直流电机在四旋翼飞行器控制中的关键作用以及在生产实践中日益广泛的应用，设计快速且平稳的控制系统成为首要任务。目前, 基于现代控制理论的高性能异步电机调速方法主要是依靠精确的数学模型加上传统的P ID控制。PID控制实际应用效果较好，但又无法避免对负载变化的适应能力差、抗干扰能力弱和受系统参数变化影响等弱点，而且交流调速系统具有非线性、强耦合、多变量及纯滞后等特性, 很难用精确的数学模型描述, 这就使得基于精确数学模型的传统控制方法面临严重的挑战。另外, 经典P ID控制需要根据运行工况的不同而调节控制器参数, 无刷直流电机又具有数学模型复杂，非线性等特点，这给现场调试增加了难度。 2.国内外研究状况及发展 （1）无刷直流电机基本控制方法 无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机，又称无换向器电机。 直流无刷电动机的电机本身是机电能量转换部分，无刷电机的转子上装有永磁体，定子上是电枢，与有刷电机正好是相反的。它除了电机电枢、永磁励磁两部分外，还带有传感器。电机本身是直流无刷电机的核心，它不仅关系到性能指标、噪声振动、可靠性和使用寿命等，还涉及制造费用及产品成本。由于采用永磁磁场，使直流无刷电机摆脱一般直流电机的传统设计和结构，满足各种应用市场的要求，并向着省铜节材、制造简便的方向发展。 直流无刷驱动器包括电源部及控制部，电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。 电源部可以直接以直流电输入(一般为24V)或以交流电输入(110V/220 V)，如果输入是交流电就得先经转换器(converter)转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器(inverter)转成3相电压来驱动电机。换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(V1～V6)分为上臂(V1、V3、V5)/下臂(V2、V4、V6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供PWM(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall-sensor)，做为速度之闭回路控制，同时也做为相序控制的依据。但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。电机驱动电路如图？所示。 图1 无刷直流电机的控制电路

自抗扰控制技术简介

自抗扰控制技术简介 1．自抗扰控制技术概述 1.1 什么是自抗扰控制技术 自抗扰控制器（Auto/Active Disturbances Rejection Controler，ADRC）技术，是发扬PID控制技术的精髓并吸取现代控制理论的成就，运用计算机仿真实验结果的归纳和总结和综合中探索而来的，是不依赖被控对象精确模型的、能够替代PID控制技术的、新型实用数字控制技术。 1.2 自抗扰控制技术的提出者——韩京清 韩京清，朝鲜族, 1937生，系统与控制专家，中国科学院数学与系统科学研究院系统科学研究所研究员、博士生导师,长期从事控制理论与应用研究工作，是我国控制理论和应用早期开拓者之一。 韩京清先生于1998年正式提出自抗扰控制这一思想。在这个思想提出之后，国内外许多研究者都围绕着“自抗扰控制”展开实际工程应用的研究。同时，自抗扰控制的理论分析的研究也在不断的深入。 1.3 自抗扰控制技术的特点和优点 （1）自抗扰控制器采用“观测＋补偿”的方法来处理控制系统中的非线性与不确定性，同时配合非线性的反馈方式，提高控制器的动态性能。 （2）自抗扰控制器算法简单、易于实现、精度高、速度快、抗扰能力强。 （3）统一处理确定系统和不确定系统的控制问题；扰动抑制不需外扰模型或者外扰是否观测；控制算法不需辨识控制对象；统一处理非线性和线性系统；可以进行时滞系统控制；解耦控制只要考虑静态耦合，不用考虑动态耦合等。 2．自抗扰控制技术提出的背景

2.1 现代控制理论的缺点和改进 现代控制理论以状态变量描述为基础，以状态反馈实现极点配置来改善全局动态特性的问题。因而，此种控制的主要手段是状态反馈。“这种全局控制方法需要知道关于开环动态特性的先验知识和状态变量的信息，这在许多工程实际中是很不现实的，因为工程实际提供不了有关开环动态特性的多少先念知识，因此这种全局控制方法是很难在实际中得到应用。”这就是现代控制理论的缺点，这也限制了这种控制方法在工程实际中的应用。 事实上，要实现控制目的，不一定要知道系统的开环动态特性。实现控制的主要目的是施加控制力，使目标值与输出值之间的误差衰减下去，因而只需要知道开环动态特性的具体表现量。这就是将状态反馈的理念转换为误差反馈的理念。图（1）、图（2）是这两种控制方式的框图。 图（1）基于状态反馈的全局控制方法 图（2）基于误差反馈的“过程的控制” 2.2 PID控制的优缺点 PID控制的主要优点是：“不用被控对象的精确模型，只用控制目标与对象实际行为的误差来产生消除此误差的控制策略的过程控制思想，是PID留给人类的宝贵思想遗产，是PID控制技术的精髓。”也正是因为这个原因，PID控制才能在控制工程实践中得到广泛有效的应用。

自抗扰控制技术在微机电换能器中的应用

第30卷第12期2013年12月 控制理论与应用 Control Theory&Applications V ol.30No.12 Dec.2013自抗扰控制技术在微机电换能器中的应用 DOI:10.7641/CTA.2013.31016 董莉莉? (克里夫兰州立大学,俄亥俄州克里夫兰市44115,美国) 摘要:自抗扰技术,作为一门新兴的鲁棒控制技术,能够成功补偿微机电制造上的缺陷以及周围环境的扰动,从而提高微机电传感器和执行器的性能,增加它们的测量及移动精度.本文介绍了自抗扰技术在微机电陀螺仪和静电执行器两大微机电换能器上的应用.通过使用此项控制技术,微机电陀螺仪可精确测量并输出匀速及时变角速度.此外,一种模型辅助自抗扰控制器被首次应用到微执行器上.此模型辅助自抗扰控制器建立在部分模型已知的基础上.它能够在外干扰存在的情况下,把静电执行器的位移范围提高到电容间距的99%.模型辅助自抗扰控制器的抗噪声能力也优于传统的自抗扰控制器.作者用仿真和实验结果向读者展示了自抗扰技术在微机电领域的鲁棒性,有效性和实用性. 关键词:微机电系统;微机电陀螺仪;静电执行器;自抗扰控制;鲁棒性 中图分类号:TP202+.1文献标识码: Application of active disturbance rejection control to micro-electro-mechanism system transducers DONG Li-li? (Cleveland State University,Cleveland,OH44115,USA) Abstract:Active disturbance rejection control(ADRC)is an emerging robust control technology.It improves the performance of micro-electro-mechanism system(MEMS)sensors and actuators and increases their measurement and displacement accuracies through effectively compensating the imperfections in micro-fabrications and environmental vari-ations.The applications of an ADRC to MEMS gyroscopes and electrostatic actuators are introduced in this paper.The ADRC facilitates accurate sensing of both constant and time-varying rotation rates for MEMS gyroscopes.In addition, an alternative ADRC is initially applied to an electro-static actuator.The alternative ADRC is constructed based on par-tially known model information.It drives and stabilizes the displacement output of an electrostatic actuator to99%of full capacitor gap despite of the presence of disturbance.The alternative ADRC also has better noise rejection capability than traditional ADRC.Simulation and experimental results demonstrate the robustness,effectiveness and feasibility of the ADRC in MEMS area. Key words:micro-electro-mechanism system(MEMS);MEMS gyroscope;electro-static actuator;active disturbance rejection control;robustness 1引言(Introduction) 微机电陀螺仪和静电执行器同属于微机电(micro-electro-mechanical system,MEMS)换能器.微机电陀螺仪是角速度和角位移传感器.静电执行器负责将静电信号转换成机械移动.随着微机电制造技术的日新月异,MEMS换能器在近20年来得到了飞速的发展.它们体积小(只有微米或者毫米量级)、重量轻、成本低、耗能少、便于携带,已经被广泛应用到航天系统、军事制导、家用电器和汽车工业中[1]. 微机电陀螺仪的测量精度主要取决于硅片的机械振动.然而微机电制造技术的缺陷会造成微陀螺仪内部驱动机构的错位,驱动和感应部位的非对称,以及质量与中心轴的偏离[2].这些机械系统的缺陷将引起微陀螺系统参数的不确定性,再加上周围环境变化所带来的外扰动,最终会导致测量误差的产生.传统的机械补偿能够减少一部分由于制造缺陷所带来的误差.然而机械补偿不但耗时、成本高,而且很难在一个小如硬币的微陀螺仪上实行.因此,需要一个能够成功消除(或大大减少)机械误差,提高微陀螺测量精度和稳定性的鲁棒控制器进行电补偿. 一个自由度的平板静电执行器(又称作微执行器)由固定和移动电板组成.两个平行电板在电场中充电后会形成电容.当改变电容器的控制电压时,移动电板可离开原始位置,上下移动.然而由于系统本 收稿日期:2013?09?26;收修改稿日期:2013?12?07.?通信作者.E-mail:L.Dong34@https://www.wendangku.net/doc/8f17999726.html,.

自适应模糊自抗扰控制器的研究与设计

自适应模糊自抗扰控制器的研究与设计 The design and research of fuzzy self-adapted ADRC arithmetic （哈尔滨工程大学）陈洪高延滨孙华 ChenHong GanYanBin SunHua 摘要：针对普通PID在实际工程控制中参数整定难，抗干扰能力差的问题，设计了一种基于模糊控制原理的改进型自抗扰控制器。该控制器充分结合了模糊控制器和自抗扰控制器的各自优势，并对其进行了随动系统的仿真。仿真结果表明，该控制器可设计成为一个响应速度快、静差小的控制系统，与经典PID控制器在同样的系统中比较，自适应模糊自抗扰控制有较好的控制性能。 关键字：自适应模糊自抗扰控制，自抗扰控制，模糊控制，复合控制器 中图分类号：TP27 文献标识码：A Abstract: Because, in the stabilizing circuits, the common PID arithmetic is difficult to adjust this PID parameters and weak anti-jamming, a self- adapted active disturbance rejection controller (ADRC) with fuzzy control theory is designed. This controller has the advantage between PID and Fuzzy controller, And the results show that the Fuzzy- Self- adapted PID controller is better than PID controller. Key words:fuzzy self-adapted ADRC; ADRC; fuzzy; complex controller 引言 在大多数工业过程中，通常使用传统的PID控制，这种方式比较成熟，设计方法简单，但是对于干扰的抑制能力还不是很理想。而且由于PID控制算法的固有特性，使其无法做到自适应化，当系统参数改变时，需要重新计算控制参数，不便于应用。本文提出的是一种复合1形式的模糊自抗扰算法，以解决系统的抗干扰问题和自适应问题。自抗扰控制器是一种改进型非线性PID控制器，它能比普通PID控制器更有效的抑制干扰，而模糊控制器的推理能力，则能在一定范围内对参数进行最佳估计。自适应模糊自抗扰控制器结合了这两种控制器的优势，使得控制系统具有更好的鲁棒性和更大的适应性，最后利用随动系统作为比较模型，进行计算机仿真，结果验证了该控制器比经典PID控制器具有更好的控制效果。 1 自适应模糊自抗扰控制器的设计思想的提出 自抗扰控制器（ADRC）是在对经典PID控制器进行反思后，提出的一种的改进型非线性PID控制器结构，它是由三部分结构合成的：跟踪微分器TD，其作用是安排过渡过程并给出此过程的微分信号；扩张状态观测器ESO，其作用是给出对象状态变量估计值及系统模型和外扰实时总和作用的估计值；“积分器串联型”，利用非线性状态误差反馈NLSEF对被化为“积分器串联型”的对象进行控制。自抗扰控制器结构框图如图1所示。 陈 洪 ：硕士研究生 基金项目：哈尔滨工程大学基础研究基金项目

自抗扰技术开题报告1

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1.风力发电技术概述及其研究意义 目前随着石化能源的逐渐枯竭以及对环保的日益重视，迫切需要人们开发清洁的再生能源，因此，对可再生能源的开发利用，特别是对风能的开发应用已经受到世界的高度重视。风力资源丰厚，风力发电的潜力很大，但是风能能量密度较低,目前风力发电面临的一个急待解决的问题是风能利用效率的提高。风力机捕获的风能取决于风速、叶片浆距角和风轮转速,通过控制机构调节浆距角和风轮转速,使风力机捕获的风能跟踪最大功率曲线,可以有效地提高风力发电系统的发电效率。20年来风力发电技术领域有了很大的成就，中国从八十年代才开始发展风力发电，但是规模远不及欧美等国，尚处于探索时期，因此，风力发电在中国能源发展中的地位及发展的前景预测这一课题有重大的战略意义和社会意义。 但是风能在利用中存在很多的问题，风能是一种存在很多不确定性的能源，风力发电系统处于自然界中，外部的干扰很多且不易预知和控制，怎样实现风能的最大捕获成为一个我们在现实风力发电时首要考虑的问题。 在现在的风力发电中，我们运用到实际的控制方法有很多，有古典控制理论部分的应用，也有PID控制的应用，且其在控制界曾处于很高的位置，但是PID使用的范围有限制，对线性系统或者能线性化的系统，其控制效果还是很好的，但是由于风能的并不确定因素很多，这样导致PID在风里发电系统中便显示出了很多的缺点。图1所示为传统PID的控制图。 图 1 PID控制结构

从这个框图可以概括出PID控制技术的如下四个方面的缺陷: 第一，误差取法不合理。系统输入信号常常是不光滑、不连续的，而输出信号通常是光滑的，因而导致系统超调或振荡；第二，微分信号的实现需要改进。现场微分信号的实现通常采用差分或超前网络，这种方式对噪声放大作用很大，使微分信号失真而不能使用；第三，误差信号采用的线性组合不一定最合适，这种线性组合不易解决快速性和超调的矛盾；第四，积分反馈的作用主要是消除稳念误差，但它的引入也带来很多副作用，增加了系统的不稳定性以及积分饱和现象的出现。 面对这样的问题，我们也曾提出很多控制方法，比如自适应的应用，鲁棒控制和模糊控制，这些的控制效果也很好，但是由于这些的算法相对比较复杂，有些系统不易建立精确的数学模型，导致这些应用过程中会复杂。这时自抗扰技术的发展就为我们更好的利用风能提供了一个很好的方法。 自抗扰控制理论是我国学者韩京清先生首先提出的一种利用简单非线性部件对非线性系统的状态量及其所受干扰进行检测，进而利用非线性误差反馈规律进行总体补偿的非线性控制策略。其控制结构由跟踪微分器(TD)，扩张状态观测器(ESO)和非线性反馈组成，如图2所示。 图 2 自抗扰控制结构 TD用来实现对系统输入信号的快速无超调跟踪，并给出其“广义”微分

基于自抗扰控制(ADRC)的无刷直流电机控制与仿真

研究意义 1?研究意义 由于无刷直流电机在四旋翼飞行器控制中的关键作用以及在生产实践中日益广泛的应用，设计快速且平稳的控制系统成为首要任务。目前，基于现代控制理论的高性能异步电机调速方法主要是依靠精确的数学模型加上传统的 P ID控制。PID控制实际应用效果较好，但又无法避免对负载变化的适应能力差、抗干扰能力弱和受系统参数变化影响等弱点，而且交流调速系统具有非线性、强耦合、多变量及纯滞后 等特性，很难用精确的数学模型描述，这就使得基于精确数学模型的传统控制方法面临严重的挑战。另 外，经典P ID控制需要根据运行工况的不同而调节控制器参数，无刷直流电机又具有数学模型复杂，非 线性等特点，这给现场调试增加了难度。 2?国内外研究状况及发展 （1）无刷直流电机基本控制方法 无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷 和换向器（或集电环）的电机，又称无换向器电机。 直流无刷电动机的电机本身是机电能量转换部分，无刷电机的转子上装有永磁体，定子上是电枢，与有刷电机正好是相反的。它除了电机电枢、永磁励磁两部分外，还带有传感器。电机本身是直流无刷电机的核心，它不仅关系到性能指标、噪声振动、可靠性和使用寿命等，还涉及制造费用及产品成本。由于采用永磁磁场，使直流无刷电机摆脱一般直流电机的传统设计和结构，满足各种应用市场的要求，并向着省铜节材、制造简便的方向发展。 直流无刷驱动器包括电源部及控制部，电源部提供三相电源给电机，控制部则依需求转换输入电源频率。 电源部可以直接以直流电输入（一般为24V）或以交流电输入（110V/220 V），如果输入是交流 电就得先经转换器（con verter）转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须 先将直流电压由换流器（inverter）转成3相电压来驱动电机。换流器（inverter）一般由6个功率 晶体管（V1?V6）分为上臂（V1、V3、V5）/下臂（V2、V4、V6）连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供PWM脉冲宽度调制）决定功率晶体管开关频度及换流器（inverter）换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器（hall-se nsor），做为速度之闭回路控制，同时也做 为相序控制的依据。但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。电机驱动电路如图？所示。 图1无刷直流电机的控制电路

自抗扰控制简介

目录 目录 目录 (1) 1 绪论 (1) 2 问题描述 (1) 3 发展现状 (2) 3.1 非线性跟踪微分器 (2) 3.2 扩张状态观测器 (3) 3.3 自抗扰控制律 (4) 3.4 参数整定问题 (4) 4 未来展望 (15分) (4) 5 结论 (5) 参考文献 (6)

1 绪论 自抗扰控制是韩京清先生以对控制理论的反思为开端提出的以反馈系统的标准型（积分器串联型）为基础，以工程控制的鲁棒性为目标的控制技术[1-5]。其思想是以工业界占主导地位的PID控制为出发点，在改进非线性PID的基础上提出自抗扰的概念，算法简单，在未知强非线性和不确定强扰动的作用下仍能够保持控制精度。在国内，自抗扰控制技术在四旋翼无人机控制[6]、航天器姿态控制[7]、精密车床中快速刀具的伺服控制[8]、电机的励磁控制[9]等方面均有应用案例。在国外，自抗扰控制于2009年通过了运动控制的工业评估[10]；2013年，德州仪器开始在全球发布以自抗扰为技术核心的运动控制芯片[11]。可见，自抗扰控制技术具备巨大的潜力与工程应用前景。 2 问题描述 1989年，韩京清先生提出了对控制领域的疑问——模型论还是控制论。模型论“靠系统的数学模型去找控制率”，后者依靠的是系统的“某些响应特征或过程的某些实时信息”。 而“通过误差来消除误差”正是简单的线性PID所蕴含的朴素思想，也是PID能够在工业界获得广泛应用的原因。而以现代控制理论为代表的控制理论虽然在数学上严密可证，然而在实际应用中却较少，因为实际的控制对象总是不可避免地存在未知与不确定性。因此，反思控制理论数学化带来的理论与工业实践的脱节，探索新的控制技术与理论是有必要的。而自抗扰控制技术就是基于以上的问题，以PID为出发点，探索控制技术与理论的新方向。

非仿射纯反馈非线性系统的自抗扰控制

407Vol.40,No.7 20147ACTA AUTOMATICA SINICA July,2014 111 , ,, , ., ., . . ,,, ,,. .,2014,40(7):1528?1536 DOI10.3724/SP.J.1004.2014.01528 Auto Disturbance Controller of Non-a?ne Nonlinear Pure Feedback Systems CHENG Chun-Hua1HU Yun-An1WU Jin-Hua1 Abstract In this paper,a novel control approach based on the combination of back-stepping design and auto disturbance rejection is presented for a class of non-a?ne nonlinear pure feedback systems with modeling uncertainties and external dis-turbances.During every step of back-stepping,the auto distur-bance rejection control is adopted,meanwhile,a di?erentiator and an extended state observer(ESO)are respectively used to estimate the virtual control of the derivative and the unknown part of the system.It is di?erent from other existing meth-ods,which employed approximation theory to directly construct the controller for the non-a?ne nonlinear systems.The design procedure of this proposed scheme is not complicated,and the input to state stability(ISS)analysis shows that the system states can asymptotically converge to an arbitrarily small region of the equilibrium point.Several simulation examples illustrate the e?ectiveness of the proposed design. Key words Non-a?ne pure feedback,auto disturbance rejec-tion,extend states observers(ESO),track di?erentiator(TD) Citation Cheng Chun-Hua,Hu Yun-An,Wu Jin-Hua.Auto disturbance controller of non-a?ne nonlinear pure feedback sys-tems.Acta Automatica Sinica,2014,40(7):1528?1536 , ,. , [1][2]. ,, [3]., . ,. 2013-02-052013-10-16 Manuscript received February5,2013;accepted October16,2013 Recommended by Associate Editor LIU De-Rong 1.264001 1.Department of Control Engineering,Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai264001 . , .1998,Zhang[4] , , ,. 2000,Ge[4], , (Radial basis function,RBF) [3].2003,Ge, ,[5].[6] [4?5] ,, RBF.2011 ,[7], , .[3?7] Lyapunov.2007,[8] , .[9][8] ,Nussbaum .[10] , .[11][10], , ,. , ,:1) , ;2);3) Lyapunov,. [12], ,, ,, ,. [13] , ,, , .[14?15] ,, , , ,:1), ;2), ,;3), .[14?15] , .[16][14?15], ,[17] .[14?17] , .[14?17] , [18?19].

一种新型控制方法——自抗扰控制技术及其工程应用综述

DOI : 10.11992/tis.201711029网络出版地址: https://www.wendangku.net/doc/8f17999726.html,/kcms/detail/23.1538.TP.20180413.0941.002.html 一种新型控制方法—自抗扰控制技术及其 工程应用综述 陈增强1,2，刘俊杰1,2，孙明玮1 （1. 南开大学 计算机与控制工程学院，天津 300350; 2. 天津市智能机器人重点实验室，天津 300350） 摘 要：自抗扰控制(active disturbance rejection control ，ADRC)是韩京清研究员于1998年正式提出的一种不依赖被控对象模型的新型实用技术，具有很好的工程应用前景。为了便于理论分析与工程实际应用的推广实现，高志强教授在ADRC 的基础上提出易于参数整定的线性自抗扰控制(LADRC)，极大地推动了自抗扰控制理论发展与实际应用。本文简要介绍了自抗扰控制的基本思想及线性自抗扰控制的基本原理，较为系统地阐述了自抗扰控制理论的研究进展，就自抗扰控制在实际工程领域中的应用进行了分类总结，最后给出需要进一步深入研究的方向。 关键词：自抗扰控制；线性自抗扰控制；扩张状态观测器；稳定性分析；工程控制应用 中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：1673?4785(2018)06?0865?13 中文引用格式：陈增强, 刘俊杰, 孙明玮. 一种新型控制方法—自抗扰控制技术及其工程应用综述[J]. 智能系统学报, 2018,13(6): 865–877. 英文引用格式：CHEN Zengqiang, LIU Junjie, SUN Mingwei. Overview of a novel control method: active disturbance rejection con-trol technology and its practical applications[J]. CAAI transactions on intelligent systems, 2018, 13(6): 865–877. Overview of a novel control method: active disturbance rejection control technology and its practical applications CHEN Zengqiang 1,2，LIU Junjie 1,2，SUN Mingwei 1 (1. College of Computer and Control Engineering, Nankai University, Tianjin 300350, China; 2. Key Lab of Intelligent Robotics of Tianjin, Tianjin 300350, China) Abstract : The active disturbance rejection control (ADRC) technology, which was proposed by Han Jingqing in 1998,is a novel practical technology independent of the controlled object model, and it has a good application prospect. To fa-cilitate theoretical analysis and practical engineering applications, Professor Gao Zhiqiang proposed a linear active dis-turbance rejection control (LARDC), which is based on the ADRC and greatly improves the development and applica-tion of the ADRC. This paper presents the basic idea of the ADRC and the fundamental principle of the LADRC. Re-search progress on the theoretical analysis for ADRC is systematically described, and practical engineering applications based on ADRC are summarized, and finally, further potential research directions are presented. Keywords : ADRC; linear active disturbance rejection control (LADRC); extended state observer (ESO); stability ana-lysis; engineering control application PID 控制是一种基于误差的反馈控制，其不 依赖被控过程的模型，结构简单且鲁棒性强，至 今仍在工程上占据着主要地位。而针对PID 控制难以处理的复杂控制对象，现代控制理论产生并涌现了如最优控制、鲁棒控制、自适应控制等理论成果，大多数的现代控制理论方法均依赖于系统的数学模型，难以在实际应用中推广。1989年，收稿日期：2017?11?27. 网络出版日期：2018?04?13. 基金项目：国家自然科学基金项目(61573199, 61573197)；天津 市自然科学基金项目(14JCYBJC18700). 通信作者：陈增强. E-mail ：chenzq@https://www.wendangku.net/doc/8f17999726.html,.第 13 卷第 6 期 智　能　系　统　学　报Vol.13 No.62018 年 12 月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Dec. 2018

线性-非线性自抗扰切换控制方法研究

第42卷第2期自动化学报Vol.42,No.2 2016年2月ACTA AUTOMATICA SINICA February,2016 线性/非线性自抗扰切换控制方法研究 李杰1齐晓慧1夏元清2高志强3 摘要非线性自抗扰控制(Nonlinear active disturbance rejection control,NLADRC)较线性自抗扰控制(Linear active disturbance rejection control,LADRC)具有跟踪精度高、抗干扰能力强等优点,但在参数整定、稳定性分析以及控制性能分析等方面有一定的困难,阻碍了非线性自抗扰控制在实际中的应用,而线性自抗扰控制成为工程应用的首选.本文提出一种线性/非线性自抗扰控制切换控制方法,该方法既综合了线性/非线性自抗扰控制的优点,又解决了非线性自抗扰控制在参数整定、稳定性分析等方面的困难:首先,分析线性/非线性自抗扰控制各自优缺点,并给出了一种切换控制策略;其次,提出一种基于优化进行查表或利用拟合公式的参数整定方法;再次,提出基于劳斯判据和鲁棒波波夫判据的稳定性分析方法.通过仿真验证了该切换方法在跟踪精度、抗干扰能力等方面具有一定优势.该切换控制方法将有助于更好地发挥非线性机制在要求实现高精度、高抗扰能力场合的独特优势,有望在工程实际中获得应用. 关键词自抗扰控制,切换控制,参数整定,稳定性分析,性能分析 引用格式李杰,齐晓慧,夏元清,高志强.线性/非线性自抗扰切换控制方法研究.自动化学报,2016,42(2):202?212 DOI10.16383/j.aas.2016.c150338 On Linear/Nonlinear Active Disturbance Rejection Switching Control LI Jie1QI Xiao-Hui1XIA Yuan-Qing2GAO Zhi-Qiang3 Abstract Nonlinear active disturbance rejection control(NLADRC)is superior to linear active disturbance rejection control(LADRC)in tracking precision,anti-disturbance ability,and so on.However,there are di?culties in parameter tuning,stability analysis,performance analysis,etc,which inhibits its application.Therefore,LADRC is more popular in engineering applications.This paper presents a linear/nonlinear active disturbance rejection switching control method, which has both of the advantages of LADRC and NLADRC,and solves the problems of parameter tuning,stability analysis,etc.Firstly,the characteristics of LADRC and NLADRC are presented,and then a switching strategy is proposed.Secondly,a simple practical parameter tuning method is provided.Thirdly,the stability is analyzed through Routh criterion and Popov criterion.Simulations show that the switching control method is superior to both LADRC and NLADRC in tracking precision and anti-disturbance.The proposed method fully demonstrates the advantages of nonlinear functions in occasions when high tracking precision and strong anti-disturbance ability are needed,and is hopefully to be adopted in practical application. Key words Active disturbance rejection control,switching control,parameter tuning,stability analysis,performance analysis Citation Li Jie,Qi Xiao-Hui,Xia Yuan-Qing,Gao Zhi-Qiang.On linear/nonlinear active disturbance rejection switching control.Acta Automatica Sinica,2016,42(2):202?212 收稿日期2015-06-02录用日期2015-10-09 Manuscript received June2,2015;accepted October9,2015国家重点基础研究发展计划(973计划)(2012CB720000),国家自然科学基金(61225015,61321002),飞行器海上测量与控制联合实验室开放基金项目(FOM2015OF011)资助 Supported by National Basic Research Program of China(973 Program)(2012CB720000),National Natural Science Founda-tion of China(61225015,61321002),and the Open Funding Pro-gram of Joint Laboratory of Flight Vehicle Ocean-based Mea-surement and Control(FOM2015OF011) 本文责任编委季海波 Recommended by Associate Editor JI Hai-Bo 1.军械工程学院无人机工程系石家庄050003中国 2.北京理工大学自动化学院北京100081中国 3.克里夫兰州立大学电机与计算机工程系克里夫兰市44115美国 1.Department of Unmanned Aerial Vehicle Engineering,Ord-nance Engineering College,Shijiazhuang050003,China 2. School of Automation,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China 3.Department of Electrical and Computer En-gineering,Cleveland State University,Cleveland44115,USA 中国科学院韩京清研究员认识到基于数学模型的现代控制理论给出的控制策略在实际控制工程中难以得到有效应用,以思考“控制理论—模型论还是控制论”[1]为起点,在反思经典控制理论优点的基础上,毅然走上了一条探索新型实用控制技术的道路.在先后发明非线性跟踪微分器[2]、非线性PID (Proportion integration di?erentiation)[3]以及扩张状态观测器[4]的基础上,于1998年正式提出自抗扰控制器[5].这一成果的诞生,打破了控制理论与控制工程之间延续了半个多世纪而未能得到很好解决的脱节现象,有望取代目前在工业界占据统治地位的PID控制技术. 韩京清研究员倡导使用非线性函数来提高控制性能,因此,最初的自抗扰控制一般采用非线性状态误差反馈控制律和非线性扩张状态观测器.但非