自抗扰控制简介
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。
如何客观的评价自抗扰控制ADRC？
自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control，简称ADRC）是一种新兴的控制方法，它以其出色的抗扰性能和简单的实现方式在控制领域引起了广泛的关注。
那么，如何客观地评价ADRC的优劣呢？我们需要了解ADRC的核心思想和工作原理。
ADRC通过建立扰动观测器来实时估计和补偿系统中的扰动，从而抑制扰动对控制系统的影响。
与传统的控制方法相比，ADRC不需要精确的数学模型，只需要通过对系统的观测和估计来实现控制。
这种基于观测和估计的控制方式使得ADRC具有较强的适应性和鲁棒性，能够应对系统参数变化和外部扰动的变化。
我们可以从实际应用中评价ADRC的性能。
ADRC在机械控制、电力系统、化工过程等领域都有广泛的应用，取得了一定的成果。
例如，在机械控制领域，ADRC可以有效地抑制机械系统中的振动和摩擦力等扰动，提高系统的稳定性和精度。
在电力系统中，ADRC可以实时估计和补偿电网中的扰动，提高电力系统的稳定性和可靠性。
在化工过程中，ADRC可以对化工反应过程中的扰动进行实时估计和补偿，提高化工过程的控制精度和稳定性。
我们还可以从理论分析和实验验证的角度来评价ADRC的性能。
许多研究者通过理论分析和实验验证的方法，对ADRC的性能进行了深入研究和评估。
他们通过数学模型和仿真实验，验证了ADRC在抑制扰动、提高系统响应速度和稳定性等方面的优势。
这些研究成果为ADRC的优化和应用提供了理论和实践基础。
ADRC作为一种新兴的控制方法，在抗扰性能和实现简单性方面具有明显的优势。
通过建立扰动观测器来实时估计和补偿系统中的扰动，ADRC能够有效地抑制扰动对控制系统的影响，提高系统的稳定性和控制精度。
ADRC不需要精确的数学模型，只需要通过对系统的观测和估计来实现控制，具有较强的适应性和鲁棒性。
通过理论分析和实验验证，ADRC的优势得到了充分的验证和评价。
可以说ADRC是一种具有广阔应用前景和发展潜力的控制方法。
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。
《2024年自抗扰控制器研究及其应用》范文
《自抗扰控制器研究及其应用》篇一一、引言随着现代工业系统的复杂性和不确定性日益增加，控制系统的稳定性和鲁棒性成为了研究的重要方向。
自抗扰控制器（Active Disturbance Rejection Control，简称ADRC）作为一种先进的控制策略，因其出色的抗干扰能力和适应性，在工业控制领域得到了广泛的应用。
本文将详细介绍自抗扰控制器的原理、研究现状以及应用领域，以期为相关研究提供参考。
二、自抗扰控制器的原理自抗扰控制器是一种基于非线性控制的策略，其核心思想是通过引入对系统内外扰动的实时观测和补偿，实现对系统状态的精确控制。
自抗扰控制器包括三个主要部分：跟踪微分器、非线性状态误差反馈控制器和扰动观测器。
1. 跟踪微分器：负责根据参考信号和系统输出信号的误差，产生一个平滑的跟踪信号，以减小系统对参考信号的跟踪误差。
2. 非线性状态误差反馈控制器：根据跟踪微分器输出的跟踪误差，通过非线性状态误差反馈，产生一个控制信号，以减小系统内部和外部的扰动对系统的影响。
3. 扰动观测器：通过实时观测系统内外扰动，估计出扰动的变化趋势和幅度，并将其用于非线性状态误差反馈控制器的设计，以提高系统的抗干扰能力。
三、自抗扰控制器的研究现状自抗扰控制器自提出以来，经过多年的研究和发展，已经取得了显著的成果。
研究人员针对自抗扰控制器的设计和性能进行了大量的理论分析和实验验证，提出了许多改进和优化方法。
同时，自抗扰控制器在工业控制领域的应用也得到了广泛的关注和推广。
四、自抗扰控制器的应用领域自抗扰控制器因其出色的抗干扰能力和适应性，在许多领域得到了广泛的应用。
主要包括以下几个方面：1. 航空航天领域：自抗扰控制器可以应用于飞行器的姿态控制和轨迹跟踪等任务，实现对复杂环境下的精确控制。
2. 机器人领域：自抗扰控制器可以应用于机器人运动控制和路径规划等任务，提高机器人的运动性能和鲁棒性。
3. 工业自动化领域：自抗扰控制器可以应用于各种工业生产过程中的控制任务，如化工、冶金、电力等行业的生产过程控制。
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
自抗扰控制原理
自抗扰控制原理自抗扰控制原理是一种让电路系统和机械系统抵御外部干扰的理论，由俄国工程师米哈伊尔米哈伊洛夫（Mikhail Mikhalov）在1961年提出。
它被广泛用于对飞行器进行控制以及对复杂过程进行自动控制等方面。
自抗扰控制理论可以有效地抵御外界环境的变化，以减少系统的噪声，消除干扰并维护系统的稳定，从而实现目标的较高精确度。
米哈伊尔米哈伊洛夫提出的自抗扰控制理论是基于现有系统运行情况和性能特征的，可以有效地对系统进行自动控制和调整，使系统具有可靠性、稳定性和高精度性能。
自抗扰控制理论中，参数优化和自适应控制是两种主要的技术原理。
在参数优化技术中，根据被控制系统的性能特征或模型进行参数优化，以期获得最佳的系统控制性能；自适应控制技术则是根据外界环境的变化，自动调整控制参数以维护系统的稳定性和准确性。
自抗扰控制理论在不同的应用场合中，控制系统也有所不同。
一般来说，控制系统由过程回路、传感器、控制器、反馈模块、控制执行器等组成，按照自抗扰控制理论，可以根据系统模型和控制目标，为控制器设计合适的控制策略，以获得更好的控制性能。
由于自抗扰控制理论的出现，在一些复杂的控制系统中，可以有效地避免因外部干扰而启动系统稳定性和准确性的变化。
许多控制系统可以利用自抗扰控制理论，以制定有效的控制策略，实现有效的控制和调节，有效的减少系统的抗扰性，并得到良好的控制效果。
例如，在飞机控制中，利用自抗扰控制原理可以有效地解决飞行器遇到的复杂外部环境及内部机械系统本身存在的外部干扰造成的控制问题，从而实现准确的飞行控制。
此外，自抗扰控制理论也可以应用于生产过程控制、电力系统优化控制、太阳能发电系统控制等，以达到优化控制和稳定操作的目的。
自抗扰控制理论是一种有效的控制系统技术，可以在复杂的环境中保证较高的精确度和稳定性，它的应用可以为复杂系统的控制带来更好的结果。
在未来，自抗扰控制理论仍将持续发展，为越来越多的控制系统提供有效的解决方案，带来更多的抗扰控制的应用前景。
自抗扰控制原理
自抗扰控制原理
自抗扰控制（Anti-interference Control，AIC）是一种智能控制技术，它可以在面对强烈的外部干扰的情况下，确保系统稳定地运行。
它利用多种传感器获取外部信息，根据信息进行实时状态识别，以智能地管理现有系统资源。
自抗扰控制以避免系统受到外部干扰并降低工作效率为目标。
自抗干扰能源的功能是抵抗外部的干扰，确保系统稳定的运行。
该系统根据外部信息进行实时装换，它可以自主或非自主地进行响应，并求得最优运行状态，以用最少的资源实现最大的效率。
它采用模型预测技术，可以利用正确的阻尼参数和调节参数，以最小化外部扰动对系统输出影响的方法，来确保系统稳定地运行。
自抗扰控制也可以用于自动驾驶和自动机器人，以获得更准确的结果。
在无人机、海军船只和空中设备的指挥和控制中，自抗扰控制及其相关技术也可以充分发挥作用来增强安全性和可靠性。
自抗扰控制可以改善系统性能，并提高复杂系统在彻底干扰和脆弱环境中的可控性和稳定性。
它为复杂系统提供了巨大的抗干扰能力，并保证了系统的准确性。
通过灵活的实例选择，自抗扰控制可以不断改进系统的性能，有效避免外部干扰的影响。
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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。
3 发展现状3.1 非线性跟踪微分器自抗扰控制目前主要包括三方面的内容：非线性跟踪微分器，扩张状态观测器以及一系列自抗扰控制律的设计。
非线性跟踪微分器能够抑制噪声信号的放大效应，得到较好的微分近似信号。
经典微分器的主要思想是利用惯性环节对信号进行一定时间延迟，进而求出信号的微分近似信号。
然而实际工程中，由于信号会受到噪声的干扰，经典微分器的输出叠加了噪声信号的微分，往往导致微分信号不可用。
如果换成另外一种微分近似公式： 121221()()(),0v t v t v t ττττττ---≈<<- (1)式(1)中实际上采用了两个不同的惯性延迟环节来近似信号的不同时滞后的信号。
延迟的信号可以分别由两个时滞不同的惯性环节得到。
这样，就能够较好地抑制噪声。
考虑二阶积分器串联型系统122,||x x x u u r ==≤ (2) 以原点为终点的快速最优控制综合函数为：22121(,)()2x x u x x r sign x r =-⋅+ (3) 将式(3)代入式(2)可得：1222210(())2x x x x x r sign x v t r ==-⋅-+ (4)这个系统的解的分量1()x t 在加速度x r ≤的限制下，将最快地跟踪输入信号，并且r 越大，跟踪得越快。
非线性跟踪微分器的具有非线性的结构，同时经过数值仿真可知，系统的参数效率高。
以上只是非线性跟踪微分器的一般形式，除了能够用于求得信号的微分近似之外，非线性跟踪微分器还能够应用于安排给定信号的过渡过程、配置系统零极点、函数求根、频率估计等方面。
3.2 扩张状态观测器在控制工程历史上曾经出现过两个原理：即“绝对不变性原理”与“内模原理”。
前者消除扰动影响是基于直接测量扰动的基础上；后者则是基于知道生成扰动的模型的基础上。
如果扰动并不能反映在系统的输出里，即扰动并不能影响系统的输出，那么也就不存在消除扰动的问题，因为这样的扰动对需要的输出信号并没有影响；反之，如果扰动能够反映在系统的输出里，那么就能够通过观察扰动来估计其作用，就有可能用补偿的办法来消除其影响。
在工程中常常采用的前馈控制措施实际上就是一种扰动补偿。
扩张状态观测器借用了状态观测器的概念，但是实际上与状态观测器不同。
扩张状态观测器把能够影响被控输出的扰动作用扩张成新的状态变量，用特殊的反馈机制建立能够观测“被扩张”的状态。
这类状态观测器是一种通用而实用的扰动观测器，并不依赖于生成扰动的具体数学模型。
扩张状态观测器是自抗扰控制器的核心环节。
控制器仅需要系统的输入与输出作为信号来源，通过扩张状态观测器就能够得到各个状态变量的估计，而且能够估计出不确定模型和外扰的实时作用量，进而可以在反馈中加以补偿。
设有未知外扰作用下的不确定对象：()(1)(,,...,,)()n n x f x x x t w t bu -=++(5) 式(5)中，(1)(,,...,,)n f x x x t -为未知函数，()w t 为未知外扰，()x t 为可量测量，u 为控制量。
扩张状态观测器的形式如下：2122211221202121121()...()()()n n n n n n n z z g e z z g e b uz g e e z x t βββ++++=-=-+=-=- (6) 则21n z +是对总扰动(1)0(,,...,,)()()n f x x x t w t b b u -++-的实时估计，0b 为b 的估计值，非线性函数一般选用如下形式：1sgn(),(,,)/,z z z fal z z z ααδαδδδ-⎧>⎪=⎨≤⎪⎩ (7) 扩张状态观测器对被观测系统有较好的跟踪能力，响应速度快，估计精度高，但是对总扰动的实时估计受到某些条件的限制。
当外扰频率较高时，扩张状态观测器对于总扰动的跟踪能力较差。
3.3 自抗扰控制律在韩京清先生的《自抗扰控制技术》第五章中，介绍了改进过的非线性PID 与由线性跟踪微分器以及状态观测器实现的“线性PID”。
并且谈及了为给定安排过渡函数，以及按不同误差组合构成的“非线性PID”。
而之后的“自抗扰控制器”是跟踪微分器和扩展状态观测器产生的状态变量估计之间的误差的非线性组合，并且与扩张状态观测器对总扰动的补偿量一起组成控制量：011(,,)...(,,)n n u k fal k fal εαδεαδ=++ (8)根据fal 函数的特点与现场运行经验，适当地选择非线性因子α，将明显地改变控制效果，使比例微分发挥各自功效。
3.4 参数整定问题自抗扰控制的三个主要部分——跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性自抗扰控制律满足“分离性原理”，即参数整定可以相互独立运行，互不影响。
文献[12]提出了基于遗传算法的自抗扰控制参数自整定以及优化的具体方法；文献[13]提出了应用单纯形法进行参数整定的方法。
以上方法可以使调参脱离人的经验，获得满足特定指标参数。
另一方面，在理解了自抗扰控制的思想本质后，调参也较为容易，也有一些参数选用固定的值即可。
4 未来展望 (15分)实践与数值仿真证明，自抗扰控制技术确实具有较高的工程应用价值。
然而在该技术刚刚提出之时，收到了理论界的极大反对与排斥。
韩京清先生的论文也很少能够投到理论性很强的刊物上。
这很大程度上也是因为自抗扰控制技术更多的偏向于技术实践，而不是严谨缜密的数理证明。
而正是这一点使自抗扰控制技术能够很好地适应一些具体的工程应用。
而自抗扰控制技术中更珍贵的也许是韩京清先生对于控制理论本身的理解，而其中衍生出的控制技术值得我们去发展与探索。
未来相当一段时间，围绕自抗扰控制技术应当有以下两方面的主题：一、严格的理论证明，在既有的理论框架下进行延展与创新；二、具体的围绕自抗扰控制技术的控制思想的新的控制技术的提出与发展。
5 结论自抗扰控制技术是一个很有潜力的控制技术方向，当前的实践与数值仿真证明了它的通用型与实用性。
然而自抗扰技术的理论证明还有待完善，一些特有定义如“时间尺度”的概念还没有严谨完善的内涵和外延。
这些都是尚未完成值得去探索的工作。
随着理论证明的完善与新的自抗扰控制技术的提出与发展，将会给工业界带来一次控制技术的革新，创造出可观的经济效益，同时也有利于我国国防与航空航天事业的发展。
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