基于ADRC的异步电机矢量控制系统研究
《异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现》
《异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现》一、引言异步电机在工业应用中占有重要地位，其运行性能的优劣直接影响到生产效率和产品质量。
随着现代控制理论的发展，无速度传感器矢量控制系统因其高精度、高效率的特性被广泛应用于异步电机控制。
本文将探讨异步电机无速度传感器矢量控制系统的设计与实现，旨在为相关领域的研究与应用提供参考。
二、系统设计1. 系统架构设计异步电机无速度传感器矢量控制系统主要由控制器、驱动器、逆变器、异步电机等部分组成。
其中，控制器是整个系统的核心，负责实现矢量控制算法和无速度传感器技术。
驱动器接收控制器的指令，将电压和电流信号输出给逆变器。
逆变器根据驱动器的指令，将直流电源转换为交流电源，驱动异步电机运行。
2. 矢量控制算法设计矢量控制算法是实现异步电机高效运行的关键。
本系统采用无速度传感器矢量控制算法，通过检测电机的电压和电流信号，估算电机的转速和转子位置，实现电机的精确控制。
该算法包括磁场定向控制(MTPA)和直接自控制(DTC)两种方法，具有较高的动态性能和稳态性能。
3. 无速度传感器技术设计无速度传感器技术是实现异步电机无机械传感器运行的关键技术。
本系统采用基于电流模型和电压模型的无速度传感器技术，通过检测电机的电流和电压信号，估算电机的转速和转子位置。
该方法具有较高的估算精度和可靠性，降低了系统的成本和复杂度。
三、系统实现1. 硬件实现硬件实现主要包括控制器、驱动器、逆变器等部分的选型和设计。
控制器采用高性能数字信号处理器(DSP)，具有高速运算和强大的控制能力。
驱动器采用高精度、低噪声的功率模块，保证电机的稳定运行。
逆变器采用智能功率模块(IPM)，具有较高的效率和可靠性。
2. 软件实现软件实现主要包括矢量控制算法和无速度传感器技术的编程实现。
本系统采用C语言编写程序，实现矢量控制算法和无速度传感器技术的实时运算和控制。
同时，为了方便调试和维护，系统还提供了友好的人机交互界面。
异步电机的矢量控制系统研究【开题报告】
毕业设计开题报告电气工程与自动化异步电机的矢量控制系统研究一、选题的背景与意义在20世纪大部分年代里，直流调速技术在理论上和实践上较为成熟，而交流调速技术却始终无法与直流调速相比。
直流电机具有很多优点，如起制动性能良好，可以实现广范围内平滑调速等。
直流传动所具有的优越的调速性能，使得高性能可调速传动都使用直流电动机，而异步电动机的调速性能难以满足生产要求,所以不变速传动多采用交流电动机。
随着生产技术的不断发展，直流电机的薄弱环节逐步显示出来，由于换向器的存在，使直流电动机的维护工作量加大，单机容量，最高转速以及使用环境都受到限制，稳定性差，成本高，人们把目光转向结构简单，运行可靠，便于维护、价格非常低廉的交流电机。
交流电机变频调速是一种比较理想调速方法，其实早在20世纪20年代人们对此就有比较明确的认识：既能在宽广的速度范围内实现无级调速，也不会在调速过程中使运行效率下降，更可获得良好的起动运行特性。
但由于当时一直受技术或手段的限制而进展缓慢未能推广使用。
到了现代,随着电力电子技术和控制技术的飞速发展，交流调速系统的应用比重逐年上升。
而矢量控制技术的产生，又使交流电机的调速技术登上了一个新台阶,矢量控制能够对电压、电流以及它们产生的磁势、磁链的瞬间值进行控制，并且能够实现磁通和转矩的解耦,从而大大提高电机的动、静态性能,使交流电机获得了与直流电机相仿甚至超越直流电机的高动态性能。
异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得良好的调速性能，必须从其动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。
矢量控制就是基于动态模型的高性能的交流电动机调速系统的控制方案之一。
所谓矢量控制，就是通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，在按转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。
异步电机矢量控制变频调速系统的研究与设计的开题报告
异步电机矢量控制变频调速系统的研究与设计的开题报告1.题目：异步电机矢量控制变频调速系统的研究与设计2.研究背景和意义：异步电机广泛应用于工业生产中，其使用效率和能耗直接影响到工业生产的效率和成本。
因此，如何提高异步电机的使用效率和降低能耗成为当前研究的热点。
传统的异步电机调速系统主要采用开环控制方式，存在调速精度不高、功率利用率低等问题。
而异步电机矢量控制技术可以有效改善这些问题，实现更高的调速精度和功率利用率。
因此，本研究旨在通过异步电机矢量控制技术，设计并实现一个高效、精确的异步电机变频调速系统，以实现对异步电机的优化控制，提高工业生产效率。
3.研究内容和目标：本研究主要内容包括：1）异步电机矢量控制技术的理论研究和实现方法的探讨；2）变频器选型和模块设计；3）控制算法的设计和仿真；4）电机控制系统的硬件和软件设计和搭建；5）系统实验和性能测试。
本研究的目标是开发一个基于异步电机矢量控制技术的变频调速系统，能够实现精确的调速和高效的能耗利用，提高异步电机的工作效率，达到工业生产的要求。
4.研究方法和技术路线：研究方法：本研究采用理论分析、仿真设计、实验验证相结合的方法，通过软、硬件相结合的方式实现异步电机的矢量控制和变频调速。
技术路线：1）异步电机的工作原理和矢量控制的理论分析研究；2）变频器的选型和模块设计，实现对异步电机的控制；3）电流矢量控制算法的设计和仿真；4）控制系统硬件和软件设计和搭建；5）系统实验和性能测试，优化系统设计。
5.论文结构和预期成果：本研究将撰写一篇完整的研究论文，主要结构包括：绪论、相关技术和理论分析、系统设计和实现、系统实验和测试、未来工作和总结等部分。
预期成果：开发一个基于异步电机矢量控制技术的变频调速系统，实现对异步电机的矢量控制和变频调速，提高电机的工作效率。
同时，论文将对异步电机矢量控制技术的研究和应用提供一定的理论和实践参考。
异步电机矢量控制变频调速系统的研究
异步电机矢量控制变频调速系统的研究一、引言随着电气技术的不断发展，以异步电机为主的传统传动方式逐渐被新一代电机控制技术所取代。
其中，异步电机矢量控制变频调速系统凭借其高效、高精度、高稳定性的特点，成为工业自动化领域的研究热点。
本文旨在分析现状、面临的问题及未来发展方向。
二、异步电机矢量控制的基本原理异步电机矢量控制是以数字信号处理器（DSP）为核心的控制系统，其基本原理是通过对电机的电流和磁场进行测量与分析，实现电机转速和力矩的精确控制。
具体来说，异步电机矢量控制系统由电机主控制器、电机侧的转子磁链观测器、电机侧的电流环等组成。
其中，电机主控制器通过测量电机的转速、转子磁链等信息，经过数学模型的运算，输出相应的电压和电流信号，控制电机的状态和运动。
三、现状1. 控制算法的改进当前的异步电机矢量控制系统的研究主要集中在控制算法的改进上。
例如，研究者通过改进电机转矩算法、调整PI控制器参数等手段，提高电机的控制精度和响应速度。
同时，也有研究集中在控制器的设计和优化上，以获得更高的稳定性和鲁棒性。
2. 传感器技术的发展传感器技术的发展为异步电机矢量控制系统的研究提供了更多的可能性。
例如，采用高精度的速度传感器可以提供更准确的电机转速信息，进一步提高控制精度。
此外，还有研究者探索了无传感器的控制方法，通过非接触式传感技术实现对电机状态的监测和控制。
3. 系统性能的优化随着对异步电机矢量控制系统的深入研究，研究者们开始关注系统性能的优化。
他们通过提高控制器的采样频率、降低控制系统的延迟等手段，减小系统的震荡和波动，提高控制系统的稳定性和鲁棒性。
同时，也有研究者通过引入自适应控制技术等新方法，进一步提高系统的响应速度和鲁棒性。
四、异步电机矢量控制变频调速系统面临的问题1. 控制算法的复杂性异步电机矢量控制系统的复杂性限制了其在一些特定领域的应用。
控制算法的复杂性不仅增加了系统的开发难度，还会导致系统的运算量增大，从而影响控制系统的实时性和稳定性。
异步电机矢量控制系统的参数辨识研究的开题报告
异步电机矢量控制系统的参数辨识研究的开题报告一、研究背景异步电机是一种常见且广泛应用的电机类型。
在工业生产和交通运输等方面应用十分广泛。
而异步电机的性能很大程度上依赖于控制系统的优良程度。
矢量控制是一种常见的异步电机控制方式，它可以实现极其精确的控制，提高电机效率，降低电机的损耗。
在实际应用中，异步电机矢量控制系统的精度和稳定性受到各种因素的影响，包括电机的参数变化、负载变化、温度变化等。
因此，异步电机矢量控制系统需要不断进行优化和改进。
二、研究目的本研究旨在探索异步电机矢量控制系统参数辨识的方法，以提高控制系统的精确度和稳定性，降低电机的损失和能耗。
三、研究内容和方法1. 分析异步电机矢量控制系统的结构和工作原理，研究其参数对控制系统性能的影响；2. 综合应用模型辨识和实验方法，研究异步电机的参数辨识方法，建立符合实际应用的系统模型；3. 实验验证不同参数对矢量控制系统性能的影响，对比辨识和非辨识方法的控制效果；4. 优化控制系统参数，提高系统的控制效率和稳定性。
四、研究意义本研究可以为异步电机矢量控制系统的精确控制提供参考。
研究结果可用于工业生产领域，提高电机的能效和稳定性，降低企业的能源消耗和成本。
五、研究进度1. 文献调研和理论学习；2. 建立异步电机矢量控制系统模型；3. 进行异步电机参数辨识实验；4. 分析实验数据，对比辨识和非辨识方法的控制效果；5. 优化矢量控制系统参数。
六、预期成果1. 完成异步电机矢量控制系统的参数辨识研究；2. 提出优化控制系统的建议，提高控制系统性能；3. 发表相关学术论文，参与相关行业会议；4. 推进国内异步电机矢量控制系统的技术创新，提高电机的效率和稳定性。
七、研究计划本研究预计用时一年，具体时间安排如下：1. 第一季度：文献调研和理论学习；2. 第二季度：建立异步电机矢量控制系统模型；3. 第三季度：进行异步电机参数辨识实验；4. 第四季度：分析实验数据，对比辨识和非辨识方法的控制效果，提出优化控制系统的建议；5. 第五季度：进行实验验证和数据分析；6. 第六季度：编写论文、参与学术会议和宣传推广。
异步电机矢量控制系统的设计及仿真研究
在定子 电流的两 个分 量之 间实 现 了解耦 ， ｉ 唯一 决定 磁链 ｉ则 只影 响转矩 ， 与直流 电机 中的励磁 电流和 电枢 电流
相对应 ， 这样就大大简化 了多变量强耦合 的交流变频调 速系
ｒ ｂ ｓ ｅ ｓ ｈ ｐ ｅ ｅ ｕ ａｏ ｎ ｅｃ ｒｅ ｔ ｅ ｌ ｔｒｏ ａ ｉ ｏ ａ ｅ ｔｒｃ ｎ ｒｌｕ ｅ Ｐ ｏ ｔｏｌｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｓ ．Ｔ ｅ ｓ ｅ ｄ ｒ ｇ ｌ ｔｒａ ｄ ｔ ｕ ｒ ｎ ｇ ａｏ ｆｔ ｄ ｔ ｎ ｌｖ ｃ ｏ ｏ ｔ ｓ １ ｎ ｒ ｌ ， ｎ ｈ ｐ ｅ ｎ ｈ ｒｕ ｒ ｉ ｏ ｃ ｅ ｒ ｓ ｏ ｓ ｓ ｏ ｅ ｖ ｒｈ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｐ ｏ ｅ ｓ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｏ ｖ ｈ ｓ ｒｂ ｅ ，ｗｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｅ ｉｎ ｍｅｈ ｄ ｏ ｅ ｐ ｎ ｅ ｆ ｎ ｏ ｅ ｓ ｏ ｔｉ ｈ ｏ ｔ ｒ ｃ ｓ ．Ｉ ｒ ｅ ｏ ｓ ｌ ｅ ｔ ｅ ｅ ｐ ｏ ｌｍｓ ｔ ｏ ｒｐ ｓ ｄ ａ ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｆ ｓ ｅ ｄ ｃ ｎ ｒｌ ｒｉ ｈ ｎ ｕ ｔ ｎ ｍｏ ｏ ｅ ｔｒｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｅ ｐ ｒ ｏ ｅ ｏ ｕ ｐ ｅ ｓｎ ｐ ｅ ｅ ｐ ｎ ｅ ｏ ｅｓ ｏ ｔ ｎ ｉ— ｐ ｅ ｏ ｔ ｌ ｎ ｔ ｅ ｉｄ ｃｉ ｔｒｖ ｃｏ ｏ ｔｏ ｒｔ ｕ ｐ ｓ ｆｓ ｐ ｒ ｓｉ ｇ ｓ ｅ ｄ ｒ ｓ ｏ ｓ ｖ ｒ ｈ ｏ ｎ ｏｅ ｏ ｆ ｈ ｉ ｄ ｃｉ ｎ ｍｏ ｏ ｅ ｔｒｃ ｎ ｒ ｌａ ｄ ｅ ｈ ｎ ｉ ｇ ｉ ｕ ｔ ｔｒｖ ｃｏ ｏ ｔｏ ｎ ｎ ａ ｃｎ ｍｍｕ ｉ ． Ｔ ｅ ｉ ｄ ｃｉ ｎ ｍｏｏ ｓ ｄ ｆ ｌ ｒ ｎ ｅ ｅ ｔｒ ｃ ｎ ｒｌ ｔ — ｏ ｎｔ ｙ ｈ ｎ ｕ ｔ ｔｒ ｕ ｅ ｅｄ ｏ ｅ ｔ ｄ ｖ ｃ ｏ ｏ ｔ ｏ ａ ｏ ｉ ｉ ｏ
交流异步电机adrc+pi控制策略研究
交流异步电机adrc＋pi控制策略研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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异步电动机矢量控制系统的研究的开题报告
异步电动机矢量控制系统的研究的开题报告1.选题背景和意义异步电动机具有结构简单、制造成本低、可靠性高、负载能力强等优点，因此在工业生产中得到广泛应用。
现代工业对电机的精度要求越来越高，传统的电机控制方法已经无法满足需求。
矢量控制是一种基于磁场定向原理的控制方法，适用于异步电动机高性能控制。
矢量控制可保持电机在变频器输出频率可调的高效率范围内稳定运行，并且可以在改善电机负载特性的同时最大程度降低噪声、振动及损耗。
因此，异步电动机矢量控制技术的研究与应用有重要的工程实践价值。
2.研究内容和方法本课题将从异步电动机矢量控制的原理出发，深入研究矢量控制算法的设计原理和控制策略。
同时，本课题将涉及到异步电动机控制器的硬件设计，实现控制器的电路设计，其主要由CPU、功率电子器件、感应电动机等部分组成。
本课题采用Matlab/Simulink对异步电机的矢量控制进行仿真和分析，通过对仿真结果进行分析，验证矢量控制的有效性。
最后通过实验验证，验证矢量控制在实际应用中的有效性。
3.预期研究成果本课题通过电动机矢量控制的硬件设计和软件算法实现了异步电动机的高性能控制，实现了较高的效率、更精准的转速控制、更大的输出扭矩以及更好的负载适应性。
同时，还可最大限度地降低电机的噪音和振动、提高设备的使用寿命。
4.研究的意义本课题研究了异步电动机矢量控制的原理、硬件设计和软件算法，并通过实验验证了该控制技术的有效性，对于提高电机控制系统的效率，增强电机的负载能力，降低电机噪音和振动，有效延长电机的使用寿命，提升工业生产效率和品质，具有重要的现实应用价值和实践意义。
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异步电机矢量控制系统 q 轴电流环的数学模 型为:
iq1 = - k2 iq1 + w 2 ( t) + uq1 /
关键词: 异步电机; 自抗扰控制器; 矢量控制; 鲁棒 中图分类号: TM 921 5 文献标识码: A 文章编号: 1001- 196X ( 2010) S1- 0331- 06
Robust con trol of induction m ach ines based on auto d isturbance rejection con troller
图 2 一阶 ADRC结 构图
1 1 转速环自抗扰控制器设计
异步电机转速环数学模型为:
r = k1 d 2 iq1 + w1 ( t)
( 1)
其中: k1 = P2 Lm /JL2; w1 ( t) = - PTL /J
负载转矩 TL 和转动惯量 J 会随工况不同而
发生变化, 对转速性能影响较大, 可将 w 1 ( t )看
ytd ( k ) = p1 ( k ) + h0p2 ( k ) a0 ( k ) = ( d2 + 8r
1
| y td ( k ) | ) 2
2010 ( S1)
重型机械
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p2 ( k ) + ( a0 ( k) - d ) /2, | ytd ( k ) | > d0 a(k) =
p2 ( k ) + y td ( k ) /h0, | ytd ( k ) | d0 将式 ( 1)中的 w 1 ( t)视为扰动, 可以构造以 下扩张状态观测器 ( ESO ):
它负责实时估计 系统的状态变 量以及系统中 的 扰动 , 这个 扰动 可以是内扰、外扰以及模
型扰动的总和即 总扰动 。采用非线性状态 反 馈控制律把存在 未知扰动的非 线性不确定对 象 用非线性状态反馈化为 积分串联型 , 使不 确 定系 统 实 时 动 态 线 性 化 , 从 而 省 去 积 分 环节。
分; h0 是滤波因子, 对噪声起滤 波作用。 f st 为 离散系统时间最优控制综合函数:
f st (p1 ( k ), p2 ( k ), r, h0 ) = ra ( k ) /d, + | a ( k ) | d
r sgn( a( k ) ), | a ( k ) | > d
其中
d = rh0; d0 = dh0
作扰动, 用扩张观测器实时估计而予以补偿。
跟踪微分器 ( TD ) 安排过渡过程的离散方程
如下: x1 ( k + 1) = x1 ( k ) + hx2 ( k )
x2 ( k + 1) = x2 ( k ) + hf st (x 1 ( k ) - v ( k ), ( 2)
x 2 ( k ), r, h0 ) 式中, v( k )为 ADRC输入信号, 对转速环 ADRC
收稿日期: 2010 - 04- 09; 修订日期: 2010- 04- 20 作者简介: 史伟 ( 1981 - ), 男, 中国重 型机械研 究院有 限公司
工程师。
精度又依赖于另一个参数的准确度等等 ), 系统 控制器的性能仍然严重依赖于对被控电机参数的 把握情况。正是由于这种情况, 近年来控制理论 中的鲁棒控制方法迅速在矢量控制领域找到了用 武之地, 如文献 [ 3, 4] 分别采用自适应 L2 鲁棒控制 方法、自适应反步方法与神经网络结合的方法来 设计控制器以对抗电机定转子电阻、转动惯量和
e( k ) = z1 ( k ) - y ( k )
z1 ( k + 1) = z1 ( k ) + h ( z2 ( k ) - 1f al( e( k ),
1, 1 ) + bu( k ) )
z2 ( k + 1) = z2 ( k ) - h 2f al( e( k ), 1, 1 )
( 3) 式中 fal 为非线性函数:
20 世 纪 70 年 代, 德 国 的 F. B laschke、 Basse和 L eonhard等人提出了感应电机矢量控制 技术, 经过多年的发展, 该技术在以往只有直流 调速系统的高性能调速领域中获得广泛的应用, 并逐渐占据主导地位。然而, 实现高性能矢量控 制的前提是准确把握电机在不同工况下的参数以 真正实现转矩、磁链的解耦控制。因此, 人们将 目光投向参数在线辨识、自适应控制等 [ 1, 2 ] 。然 而, 参数辨识、自适应算法的引入增加了系统的 复杂度, 且又产生新的问题 ( 如一个参数的辨识
SH IW e,i ZHANG F eng, FU Le i
( Ch ina N a tiona lH eavy M ach inery Research Institu te Co. , L td. , X i an 710032, Ch ina)
Ab strac t: A ccord ing to the prob lem s wh ich inc lude the poor robustness of tim e vary ing m o to r pa rame ter ex isted in the comm on vector contro l system, torque sub system and magnetic fie ld subsystem coupling and the unrea l ization o f overall decoup ling, a new type contro l strategy, the au to d isturbances re jection contro ller( ADR C) d ifferenc ing from the routine P I contro l is applied to A C va riab le frequency and speed regulation system. T he resu lts o f simu lation and expe rim en t show tha t the perform ances o f the ADRC sy stem are better than the P I sys tem, such as the load d isturbances, the m o to r s param ete r d isturbances and the m odeling erro r e tc. K ey words: induction m achine; auto disturbance re jection contro;l vec to r contro;l robust
2010 ( S1)
重型机械
3 31
基于 ADRC 的异步电机矢量控制系统研究
史 伟, 张 丰, 傅 磊
(中国重型机械研究院有限公司, 陕西 西安 710032)
摘 要: 针对一般的异步电机矢量控制系统中存在 的对电机参数时变的鲁棒性差, 转 矩子系统与 磁场子系统耦合, 没有实现全局解耦等问 题, 采用 了不同于 常规 P I的 新型控 制策略 ―将自抗 扰控制 器 ( ADRC )应用于交流变频调速系统。仿真及实验结果均表明基于 A DRC 的矢量控制系统较基于 P I调 节器的矢量控制系统, 在负载扰动、被控电机参数变化、以及建模误差等 情况下, 前者在 动静态性能 和鲁棒性等方面均优于后者。
而言即转速指令
* r
( 见图
1),
x1 ( k )为跟踪输入
信号, x2 ( k ) 为 x 1 ( k ) 的微 分信 号, 从 而近 似
v ( k )的微分, h 为积分步长。有两个可调 参数:
r和 h0, r 是 决定跟 踪快慢 的参 数, r 越大, x1
( k ) 跟踪 v( k )越快, 从而 x2 ( k)越近似 v( k )的微
根据 TD和 ESO的输出, 可以建立以下非线 性状态反馈控制律 ( NLSEF ):
e1 ( k) = x1 ( k) - z1 ( k)
u0 ( k) = 3 fa l( e1 ( k), 2, 3 ) ( 4)
u( k) = u0 ( k) - z2 ( k) /b 式中, u ( k ) 为 ADRC 输 出 控 制量, 对 转 速 环 A DRC 而言即转 矩电流指令 i*q1 ( 见 图 1 ) , 参数
在 MATLAB 环境 下以及 TM S320F2812 DSP 实验平台上, 对基于 ADRC 的矢量控制系统 ( 简 称为 ADRC系统 ) 及基于 P I调节器的矢量控制系 统 ( 简称为 P I系统 ) 进行了细致的对比研究。仿 真及实验结果均表明 ADRC系统各方面性能均优 于 P I系统。可以得 到以下结论: 所提出的 AD RC异 步电 机 矢 量 控 制鲁 棒 系 统 的 方案 可 行、 有效。
1 异步电机自抗扰控制器设计
图 1为本文提出的采用 ADRC 的异步电机矢 量控制系统框图。
图 1 采用 ADR C的异步电机矢量控制系统
图 1的 ADRC 矢量 控制 系 统中 转 速环、 d 轴电流环和 q 轴 电流 环均 采用 一阶 ARDC, 其 内部结构如图 2 所示。每个一阶 ADRC 由跟踪 微分器 ( TD ) 、扩张观测器 ( ESO) 、非线性状态 反馈控制律 ( NL SEF ) 三部 分组成。利用跟 踪微 分器安排 合理的 过渡 过程, 解决 P ID 的 快速 性 和 超调 之间矛盾, 提高调节器的 鲁棒 性 。扩张状态观测 器是自抗扰控制器的核心,