自抗扰控制技术简介
自抗扰控制技术简介
NLSEF
根据fal函数的特点和现场运行经验适当地选择非线 性因子，将极大地改变控制效果，使比例、微分各 自发挥出各自的功效。
自抗扰控制技术简介
自抗扰控制技术的应用
自抗扰控制技术的应用
自抗扰控制技术提出多年以来，在国内 外已经得到了大量的应用。在美国，NASA空 间飞行器太阳能发电稳定装置；飞机喷气发 动机控制采用了自抗扰控制技术。在日本， 自抗扰控制技术也应用于高精度位移控制、 温度控制。在国内，电力系统、化工系统、 精密机械加工、军工系统等领域里也成功应 用了自抗扰控制技术。
自抗扰控制技术简介
自抗扰控制器的基本结构
ADRC的组成 非线性跟踪微分器 扩张状态观测器 非线性误差反馈控制律
ADRC结构框图
TD
跟踪微分器最常用的形式为
TD
fhan(z11,z12,r,h)为如下定义的非线性函数
ESO
设有未知外扰动的不确定对象
上式中 f(x,x,…,x(n-1),t)为未知函数，w(t)为未 知外扰，u为控制量，ESO的形式如下：
小 节
自抗扰控制器是对PID的改进，省去了积分环节， 增加了ESO以实现对系统内部模型摄动和外部扰动的 实时估计，并采用非线性误差状态反馈策略，保留 了PID控制的优点，克服了其控制精度低的缺陷。
在国内，大多数成果仍处于仿真或简单的实体实验 阶段，并且集中低阶系统模型的应用，对高阶系统 自抗扰控制器的阶数确定，高阶ESO的稳定性证明， 控制参数的整定于优化等方面还缺乏深入的研究。
自抗扰控制技术简介
自抗扰控制技术简介
PID控制及其优势和缺陷
PID控制
PID控制器在工业过程控 制中占据的主导地位是绝无仅 有的。目前，PID控制器在运 动控制、航天控制及其他过程 控制的应用中，仍然占据95% 以上。
新adrc自抗扰控制技术
3.3自抗扰控制技术旳MATLAB仿真自抗扰控制技术是由韩京清专家根据数年实际控制工程经验提出旳新旳控制理论。
在老式旳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%以上旳份额。
不过，PID自身还是存在缺陷，而韩京清专家正是出于对P1D控制算法旳充足认知，尤其是对其缺陷旳清晰分析，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旳提出是根据对PID控制技术旳充足认知，扬其长处，抑其缺陷而提出旳。
老式PID控制技术应用领域很广泛，其控制构造如图3-9所示。
图3-9 老式PID构造其中，•++⎰=ekekdeku t21)(ττ。
众所周知，PID控制原理是基于误差来生成消除误差控制方略:用误差旳过去、目前和变化趋势旳加权和消除误差。
其长处有:靠控制目旳与实际行为之间旳误差来确定消除此误差旳控制方略，而不是靠被控对象旳“输入一输出”关系，即不靠被控对象旳“输入-输出”模型来决定控制方略，简朴易行，只要选择PID增益使闭环稳定，就能使对象到达静态指标。
当然PID控制仍有缺陷，其缺陷如下1、采用PID校正系统闭环动态品质对PID增益旳交化太敏感，当被控对象处在变化旳环境中时，根据环境旳变化常常需要变动PID旳增益。
2、“基于误差反馈消除误差”是PID控制技术旳精髓，但实际状况中直接取目旳与实际行为之间旳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控制技术旳闭环系统产生“迅速性”和“超调”不可调和矛盾旳重要原因。
3、PID是用误差旳比例、积分、微分旳加权和形式来形成反馈控制量旳，然而在诸多场所下，由于没有合适旳微分器，一般采用PI控制规律，限制了PID旳控制能力。
4、PID是用误差旳过去、目前和未来旳合适组合来产生程制量旳。
经典PID一般采用线性取和措施，不过实际系统多为非线性系统，因此非线性拉制器更适合实际状况。
永磁同步电机自抗扰控制技术
永磁同步电机自抗扰控制技术
永磁同步电机自抗扰控制技术是一种新型的控制方法，它可以有效地抑制电机系统中的扰动信号，提高系统的稳定性和性能。
该技术利用了永磁同步电机本身的特性，通过对电机的电流和转速进行控制，在电机系统中引入一个自适应控制器，从而实现了对系统扰动的有效抑制。
永磁同步电机自抗扰控制技术具有很多优点，例如可以提高电机系统的动态响应速度和稳态性能，能够在各种不同的工作条件下保持系统的稳定性，同时还具有较强的适应性，能够适应不同的负载扰动和环境变化等。
因此，在工业生产和制造领域中得到了广泛的应用。
然而，永磁同步电机自抗扰控制技术也存在一些问题和挑战，例如控制系统的设计和参数调试比较复杂，需要较高的专业知识和技能；同时在实际应用中还需要考虑到电机系统的安全性和可靠性等方面
的问题。
因此，未来需要进一步开展相关的研究和技术改进，以进一步提高永磁同步电机自抗扰控制技术的性能和应用范围。
- 1 -。
自抗扰控制技术
自抗扰控制技术一、本文概述自抗扰控制技术是一种先进的控制策略，其核心在于通过内部机制的设计，使系统能够自动抵御和补偿外部干扰和内部参数变化对系统性能的影响。
随着现代工业系统的日益复杂，对控制系统的鲁棒性和稳定性的要求也越来越高，自抗扰控制技术的出现为解决这些问题提供了新的思路和方法。
本文将对自抗扰控制技术进行详细的介绍和分析。
我们将阐述自抗扰控制的基本原理和核心思想，包括其与传统控制方法的主要区别和优势。
我们将介绍自抗扰控制技术的关键组成部分，如扩展状态观测器、非线性状态误差反馈控制律等，并详细解析其在控制系统中的作用和实现方式。
我们将通过实例分析和仿真实验，验证自抗扰控制技术在提高系统鲁棒性和稳定性方面的实际效果，并探讨其在实际工业应用中的潜力和前景。
本文旨在为从事控制系统设计、分析和优化的工程师和研究人员提供一种新的思路和方法，以应对日益复杂的工业控制问题。
也希望通过对自抗扰控制技术的深入研究和应用，为现代工业系统的智能化和自主化提供有力的技术支持。
二、自抗扰控制技术的基本原理自抗扰控制技术是一种先进的控制方法，其基本原理可以概括为对系统内部和外部扰动的主动抑制和补偿。
该技术的核心在于通过特定的控制策略，使系统在面对各种扰动时能够保持其稳定性和性能。
自抗扰控制技术的基本原理主要包括三个部分：扩张状态观测器（ESO）、非线性状态误差反馈（NLSEF）和跟踪微分器（TD）。
扩张状态观测器用于实时估计系统的总扰动，包括内部不确定性和外部干扰。
通过观测并提取这些扰动信息，系统能够在控制过程中主动抵消这些不利影响。
非线性状态误差反馈部分则根据观测到的扰动信息，通过非线性控制律的设计，实现对系统状态的快速调整。
这种非线性控制策略使得系统在面对扰动时能够迅速作出反应，从而保持其稳定性和性能。
跟踪微分器是自抗扰控制技术的另一个重要组成部分，它通过对期望信号的微分处理，生成一系列连续的指令信号。
这些指令信号能够引导系统以平滑、稳定的方式跟踪期望轨迹，进一步提高系统的控制精度和鲁棒性。
自抗扰控制介绍
k
x2
k
1
x2
k
hf
h是采样时间，减小h可以提高跟踪性能，但是也会放大噪声！
21
跟 踪 阶 跃 信 号 ， r=10,h=0.01 1.4
速度曲线 3.5
3 1.2
2.5 1
2
0.8
1.5
0.6
1
0.5 0.4
0
0.2 -0.5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
缺陷：系统进入稳态后就会产生不能令人满意的高频颤振！
因为连续函数的最优函数不再是该函数离散化后的最优函数。
22
改进的算法fhan
u fhan x1, x2, r, h
d rh
d0 hd
y
x1
hx2
a0 d 2 8r y
a
x2
a0
2
d
sign
y
x2
y h
fhan
rsign
r
a d
a,
,
a a
d d
, y d0 , y d0
40
e1 v1 z1, e2 v2 z2
u0 1e1 2e2
u0 u0
1 fal e1,1, 2 fhan e1, e2 , r, h1
fal
e2 ,2 ,
,0
1
1 2
u0 fhan e1, ce2 , r, h1
u
u0
z3 b0
, or,
u
自抗扰控制技术简介 ppt课件
PID控制的优缺点
缺陷：
➢直接以e=v-y的方式产生原始误差。控制目标v是 有可能产生突变的，而对象输出y一定是连续的，用 连续的缓变的变量追踪可能跳变的变量本身就是不 合理的。 误差的取法
➢产生e的微分信号没有太好的办法。 由误差e提取de/dt的办法
➢线性组合不一定是最好的组合方式。 “加权和”策略不一定最好。
NLSEF
根据fal函数的特点和现场运行经验适当地选择非线 性因子，将极大地改变控制效果，使比例、微分各 自发挥出各自的功效。
自抗扰控制技术简介
自抗扰控制技术的应用
自抗扰控制技术的应用
自抗扰控制技术提出多年以来，在国内 外已经得到了大量的应用。在美国，NASA空 间飞行器太阳能发电稳定装置；飞机喷气发 动机控制采用了自抗扰控制技术。在日本， 自抗扰控制技术也应用于高精度位移控制、 温度控制。在国内，电力系统、化工系统、 精密机械加工、军工系统等领域里也成功应 用了自抗扰控制技术。
从上文中可以看出，在纸浆和造纸工业中， PI控制器的应用甚至超过了98%。
PID控制
传统PID控制的结构如下图： NhomakorabeaPID控制的优缺点
优势：
靠控制目标于实际行为之间的 误差来确定消除误差的策略。
“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。
➢误差信号e的积分反馈的引入有很多负作用。
自抗扰控制技术简介
克服PID“缺陷”的具体办法
克服PID“缺陷”的具体办法
(1)安排合适的“过渡过程”； (2)合理提取“微分——“跟踪微分器； (3)探讨合适的组合方法一“非线性
自抗扰技术
缺点
误差的取法不合理。 没有合理提取误差微分的办法。 加权和不一定是最好的组合方式。 积分反馈有许多副作用。
从PID到自抗扰控制（ADRC）
安排合适的“过渡过程” 合理提取“微分”-“跟踪微分器”（Tracking Differentiator，TD）； 探讨合适的组合方法-“非线性组合”（NF）； 探讨扰动估计办法-“扩张状态观测器”（Extended State Observer，ESO）。
从PID到自抗扰控制（ADRC） 考察一阶误差系统：
.
.
w u
（2.6.1）
u k , k 0 ，则 对上式实施误差的线性反馈，
如果存在一常数 w0 0满足
k w,1 / 2(d 2 / dt ) k 2 w
w w0 ,1 / 2(d 2 / dt ) k ( w0 / k )
（2.4.16）
上式是很好的数值微分器，称作“快速离散跟踪微 分器”。把函数 fst ()中的变量 h 取成与步长 h 相互 独立的新变量 h0 ，得：
x1 (t h) x1 (t ) hx2 (t ) x2 (t h) x2 (t ) hfst ( x1 (t ) v(t ), x2 (t ), r , h0 )
（2.4.17）
h0 。 r 决定着跟踪速度，称作 上式有两个可调参数 r ， “速度因子”；h0 起对噪声的滤波作用，称作“滤 波因子”。
从PID到自抗扰控制（ADRC） 在一般的控制系统中，误差直接取成：
ev y
（2.5.1）
误差的这种取法使初始误差很大，易引起“超调”， 很不合理。 改进：根据对象的承受能力，我们考虑先安排合理 的过渡过程v1 (t ) ，然后将误差取为：
自抗扰控制器研究及其应用
自抗扰控制器设计
自抗扰控制器设计的关键因素包括：
1、扰动估计与补偿：通过引入扩张状态观测器（ESO），自抗扰控制器能够实 时估计系统中的扰动和不确定性，并采用补偿算法对其进行抑制。
2、控制器优化：针对不同的系统和应用场景，需要优化控制器的参数，以提 高自抗扰控制器的性能和鲁棒性。
3、状态观测器设计：状态观测器是自抗扰控制器的核心组成部分，其设计需 要考虑系统的动态特性和噪声干扰等因素。
作，取得了重要的理论成果。在国内，研究者们也在积极探索自抗扰控制器的 优化算法和应用拓展，不断推动ADRC技术的发展。
技术原理
自抗扰控制器充分利用了系统的结构和参数信息，通过实时估计和补偿内外扰 动的影响，使系统具有良好的跟踪性能和抗干扰能力。自抗扰控制器主要由跟 踪微分器、扩张状态观测器（ESO）和非线性状态误差反馈部分组成。其中，
结论与展望
通过对自抗扰控制器的研究和应用分析，可以得出以下结论：
1、自抗扰控制器作为一种新型的非线性控制策略，具有优良的性能和适应能 力，在许多领域得到了广泛的应用。
2、自抗扰控制器的技术原理主要是通过跟踪微分器、扩张状态观测器和非线 性状态误差反馈部分的协同作用，实现系统的扰动抑制和鲁棒控制。
探索自抗扰控制器的智能优化方法。总之，自抗扰控制器的研究和应用前景广 阔，有望在更多领域为人类社会带来更多的利益和价值。
引言
自抗扰控制器（Active Disturbance Rejection Controller，ADRC）是一 种具有较强鲁棒性的控制方法，适用于多种系统和场景。在面对复杂环境和非 线性系统时，自抗扰控制器能够有效地抑制干扰，提高系统的性能和稳定性。
在自抗扰控制器设计过程中，需要注意以下事项：
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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。
PID控制的缺陷：（1）直接以e=v-y的方式产生原始误差。
控制目标v是有可能产生突变的，而对象输出y一定是连续的，用连续的缓变的变量追踪可能跳变的变量本身就是不合理的。
（2）产生e的微分信号没有太好的办法。
（3）线性组合不一定是最好的组合方式。
（4）误差信号e的积分反馈的引入有很多负作用。
韩京清研究员针对PID控制的缺陷提出了改进方法。
（1）安排过渡过程。
（2）微分信号的提取。
（3）各参数的非线性组合的应用。
（4）状态扩张观测器。
3. 自抗扰控制器的基本结构
“用安排过渡过程、扩张状态观测器、非线性组合部件就可以装配出具有奇特功能的控制器——自抗扰控制器（Auto/Active Disturbances Rejection Controler，ADRC）。
”
3.1 自抗扰控制器的框图
图（3）自抗扰控制器的框图
3.2自抗扰控制器的基本结构
自抗扰控制器(ADRC)主要包括：（1）非线性跟踪微分器(TD)；（2）扩张状态观测器(ESO)；（3）非线性组合(NLC) 。
自抗扰控制器利用跟踪微分器(TD)为参数输入安排过渡过程，得到光滑的输
入信号，并提取其微分信号。
ESO是ADRC的核心，采用双通道补偿的方法改造对象模型，将非线性、不确定的系统近似线性化和确定性化。
利用扩张状态观测器(ESO)对对象进行估计，不仅能得到各个状态变量的估计，而且能得到对象方程右端估计，即扰动估计。
对跟踪微分器输出与扩张状态观测器给出的状态变量估计取误差，形成状态变量误差。
这个状态变量误差的非线性反馈与扩张状态观测器对未知作用力估计的补偿量一起组成控制量。
3.3 典型的二阶自抗扰控制器的算法
在这里r
0，β
01
，β
02
，β
03
，r，c，h
1
，b
是控制器的参数。
其中r
是根据
过渡过程快慢的需要和系统的承受能力来决定的；参数β
01，β
02
，β
03
是由系统
所采用采样步长来决定的。
这样，系统中真正需要调整的参数为控制量增益r、
阻尼系数c、精度因子h
1和补偿因子b
四个了。
在一般情况下，控制量增益r
是大到一定程度就可以了，再大也几乎没什么影响。
因此只需要调整三个参数r、c、h
1。
这三个参数与PID控制的三个参数有很多相似之处，但也有很多的差别。
4. 自抗扰控制技术的应用
自抗扰控制技术提出多年以来，在国内外已经得到了大量的应用。
在美国，NASA空间飞行器太阳能发电稳定装置；飞机喷气发动机控制采用了自抗扰控制技术。
在日本，自抗扰控制技术也应用于高精度位移控制、温度控制。
在国内，电力系统、化工系统、精密机械加工、军工系统等领域里也成功应用了自抗扰控制技术。
【参考文献】
[1] 韩京清，自抗扰控制技术，前沿科学，2007（1）
[2] 黄一、薛文超、赵春哲，自抗扰控制纵横谈，系统科学与数学，2011（9）
[3] 韩京清，自抗扰控制器及其医用，控制与决策，1998（1）。