自抗扰控制器ADRC背景分析及发展应用现状.ppt

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1、自抗扰控制器ADRC背景分析及发展应用现状 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望内容导航内容导航自抗扰控制器原理的起源及背景自抗扰控制器原理的起源及背景总结及未来发展趋势总结及未来发展趋势自抗扰控制器国内外研究现状自抗扰控制器国内外研究现状自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器原理的起源及背景自抗扰控制器原理的起源及背景传说指南车发明于公元前传说指南车发明于公元前2634年，年，而有记录的是在公元而有记录的是在公元235年。年。自

2、抗扰控制器原理的起源及背景自抗扰控制器原理的起源及背景1995年韩京清提出了特殊的年韩京清提出了特殊的ESO来观测外部扰动和系统内部误差扰动。来观测外部扰动和系统内部误差扰动。当观测出系统的总体扰动后，就可以采用韩京清提出的当观测出系统的总体扰动后，就可以采用韩京清提出的ADRC算法来算法来消除扰动的干扰。消除扰动的干扰。韩京清教授的自抗扰控制演变过程韩京清教授的自抗扰控制演变过程内容导航内容导航自抗扰控制器原理的起源及背景自抗扰控制器原理的起源及背景总结及未来发展趋势总结及未来发展趋势自抗扰控制器国内外研究现状自抗扰控制器国内外研究现状自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控

3、制器国内外研究现状自抗扰控制器国内外研究现状ADRC具有自抗扰能力，对模型参数误差不敏感等优点，但算法具有自抗扰能力，对模型参数误差不敏感等优点，但算法复杂，且可调节参数很多，这对复杂，且可调节参数很多，这对ADRC的应用造成很大的障碍。的应用造成很大的障碍。高志强教授在高志强教授在2003年提出了简化、归一化参数的年提出了简化、归一化参数的ADRC设计思想设计思想Scaling and bandwidth-parameterization based controller tuning，为，为ADRC的工程应用提供了设计思路。其后，在此基的工程应用提供了设计思路。其后，在此基础上逐步形成了线

4、性础上逐步形成了线性ADRC控制算法，并将其应用于多种工业领控制算法，并将其应用于多种工业领域中。域中。1.On stability analysis of active disturbance rejection control for nonlinear time-varying plants with unknown dynamics2. A stability study of the active disturbance rejection control problem by a singular perturbation approach3. A practical approa

5、ch to disturbance decoupling controlJ. Control Engineering Practice4. Comparison of the DOB based control, a special kind of PID control and ADRC5. The active disturbance rejection control for a class of MIMO block lower-triangular system自抗扰控制器国内外研究现状自抗扰控制器国内外研究现状状态观测器的发展历程状态观测器的发展历程(1) ( ),( )( )(

6、)pppddx kL H x kL J L ukykx k (1) ( ),( )( ) ( ),( )pppddcccdx kL H x kL J L ukykIL H x kL L uk 传统状态观测器结构传统状态观测器结构当前时刻离散状态当前时刻离散状态观测器结构观测器结构 (current discrete ESO)ADRC的应用的应用 目前目前ADRC的应用领域广泛。包括纸幅张力控制，硬盘驱动控制，的应用领域广泛。包括纸幅张力控制，硬盘驱动控制，DC-DC变换器。它也可以解决执行机构的非线性问题，如压电陶瓷执变换器。它也可以解决执行机构的非线性问题，如压电陶瓷执行器的滞环问题。基于行

7、器的滞环问题。基于ADRC算法，一些多输入多输出系统可以获得解算法，一些多输入多输出系统可以获得解耦控制，如微型机电系统耦控制，如微型机电系统(micro-electro-mechanical system，和连续搅，和连续搅拌槽式反应器拌槽式反应器(continuous stirred tank reactor)。ADRC的应用不只局限的应用不只局限于控制领域，他也可以用来执行健康监视和故障诊断等任务。于控制领域，他也可以用来执行健康监视和故障诊断等任务。 在伺服领域，在伺服领域，ADRC的应用文章大多为位置控制，且采用的控制的应用文章大多为位置控制，且采用的控制对象模型如下：对象模型如下：

8、16.5( )(0.711)G sssADRC的应用的应用 在传统运动控制领域，文献在传统运动控制领域，文献On motion control design and tuning techniques、Motion control design optimization: Problem and solutions对比了对比了ADRC与传统与传统PID等控制算法，并给出了设计和等控制算法，并给出了设计和调节思路。在一个直流电机模型中对各个控制算法进行了比较，其结调节思路。在一个直流电机模型中对各个控制算法进行了比较，其结论如下：论如下：设计和调节设计和调节参数对比参数对比PIDPID+超前滞超

9、前滞后后PID+前馈前馈回路成型回路成型loop shapingADRC模型独立模型独立是是否否是是否否是是设计参数设计参数NullKn, nNullKn,n,m,n,1,b0,0调节参数调节参数Kp,Ki,KdKp,Ki,Kd,1,2,Kpv,Kiv,Kdv, Kpv,Kiv,Kdvcc不同控制器的设计调节方式对比不同控制器的设计调节方式对比ADRC的应用的应用工业界合作伙伴项目名称起始时间结束时间Invacare智能控制在医疗电子中的应用Jun-95Apr-96Nordson模糊控制在工业应用温度控制中的应用Jun-95Jun-96AlliedSignalADS系统中新型控制算法的开发Ja

10、n. 96Sept. 96Eveready模糊控制算法在高速增量运动控制中的应用Jun-96Mar-97Eveready/CAMP高速运动控制系统中优化电机尺寸的设计Jun-96Jun-97Black and Decker /CAMP在线噪音/振动分析Jun-96Dec. 97第一阶段Black and Decker /CAMP在线噪音/振动分析Jun-97Dec. 98第二阶段AlliedSignal闭环货车ABS 第一阶段Dec. 97May-98AlliedSignal闭环货车ABS 第二阶段Jun-98Oct. 98Invacare医疗器械中的智能控制Jun-98Dec. 98Ever

11、eady/LogiSync/CAMP制造过程自动化应用中的伺服CAD组件的开发Jul-98Mar-00NASA数字控制技术在空间电源系统中应用的可行性研究May-99May-99NASA电源管理和分配系统的数字控制技术开发May-99Dec. 2001NASADSP硬件和软件的开发Jul-00Dec. 2001NASA电源管理和分配系统的高级数字控制解决方案Jan. 2002Dec.2004与高志强教授课题组早期合作过的工业公司列表与高志强教授课题组早期合作过的工业公司列表ADRC的应用的应用 下图为韩京清教授于下图为韩京清教授于1997年访美后年访美后(Cleveland State Uni

12、versity, Gao Zhiqiang)，ADRC算法在美国的商业化历程算法在美国的商业化历程ADRC的应用的应用TI InstaSPIN-Motion InstaSPIN-motion可以拓展运动限制范围，减少系统调节过程。可以拓展运动限制范围，减少系统调节过程。InstaSPIN-motion是一个广义的转矩、速度、运动控制软件解决方案，他可是一个广义的转矩、速度、运动控制软件解决方案，他可以在诸多运动过程中实现鲁棒、高效的电机控制。以在诸多运动过程中实现鲁棒、高效的电机控制。InstaSPIN-motion的独特的独特设计可以优化复杂的运动序列，减少可调节参数设计可以优化复杂的运动序

13、列，减少可调节参数(单参数调节单参数调节)。它同样包含了。它同样包含了最新，最优化的最新，最优化的无传感器电机控制无传感器电机控制。InstaSPIN-MOTION特点和优点特点和优点:解决了传统电机系统的运动控制难题：解决了传统电机系统的运动控制难题：InstaSPIN-MOTION去除了低效的轨迹设计技术。如，一些去除了低效的轨迹设计技术。如，一些技术需要预先设定电机的运动轨迹为十分简单的且不可变的轨迹，需要手写编程且计算量大的轨迹。同技术需要预先设定电机的运动轨迹为十分简单的且不可变的轨迹，需要手写编程且计算量大的轨迹。同样的，一些技术为了在不同场合实现理想的电机控制性能，需要多次设定大

14、量系统参数，样的，一些技术为了在不同场合实现理想的电机控制性能，需要多次设定大量系统参数，PI调节器也需调节器也需要一定时间来进行调节。要一定时间来进行调节。InstaSPIN-MOTIONs SpinTAC组件包括组件包括辨识辨识：确保系统具有最优的跟踪和抗扰性能，使系统实时获得真实的惯量信息。：确保系统具有最优的跟踪和抗扰性能，使系统实时获得真实的惯量信息。控制控制：采用单参数调节，减小系统的复杂性和调试难度。快速的测试和调节速度控制速度控：采用单参数调节，减小系统的复杂性和调试难度。快速的测试和调节速度控制速度控制制(可根据速度环的硬度来设定可根据速度环的硬度来设定)。对于一个具体的应用

15、案例，可以设定一个典型参数在全速度范围和负。对于一个具体的应用案例，可以设定一个典型参数在全速度范围和负载范围内有效。实时主动地估计和消除系统扰动，提供最优的系统性能能。载范围内有效。实时主动地估计和消除系统扰动，提供最优的系统性能能。运动运动：根据实际系统对加速度、颠簸情况和运动轨迹形式的限制，以及系统的其实速度和目：根据实际系统对加速度、颠簸情况和运动轨迹形式的限制，以及系统的其实速度和目标速度，可自动产生最优的运动轨迹。标速度，可自动产生最优的运动轨迹。规划规划：快速构造不同的运动状态：快速构造不同的运动状态(从速度从速度A到速度到速度B)，并根据状态逻辑使他们相互配合。，并根据状态逻辑

16、使他们相互配合。采用新的软件库采用新的软件库MotorWare使得快速开发和评估成为可能。使得快速开发和评估成为可能。ADRC的应用的应用InstaSPIN(TM)-MOTION位置控制结构示意图位置控制结构示意图下图为下图为SpinTAC结合结合InstaSPIN-Motion技术的结构框图。技术的结构框图。ADRC的应用的应用SpinTAC在洗衣机中的应用在洗衣机中的应用 LineStream公司将传统的速度和电流公司将传统的速度和电流PID控制器替换为控制器替换为SpinTAC来控制来控制洗衣机的速度环和电流环。在储水式洗衣机和滚筒洗衣机全负载应用条件下，洗衣机的速度环和电流环。在储水式

17、洗衣机和滚筒洗衣机全负载应用条件下，LineStream采用采用TI开发套件来直接连接电机，并比较开发套件来直接连接电机，并比较SpinTAC和传统和传统PID控控制器的控制性能。测试结果如下：制器的控制性能。测试结果如下：1.节省节省25%洗涤时间洗涤时间：在测试中，通过滚筒在两个方向的转动来测量洗涤过程。生产：在测试中，通过滚筒在两个方向的转动来测量洗涤过程。生产商要求滚动需要在一个方向转动商要求滚动需要在一个方向转动110，并立即向相反方向转动，并立即向相反方向转动110。对于相同的洗。对于相同的洗涤两，采用涤两，采用SpinTAC可以减少可以减少25%的时间。此外，两种控制器均具有相同

18、的约束条件，的时间。此外，两种控制器均具有相同的约束条件，如逆变器温度和电流最大值。如逆变器温度和电流最大值。2.节省节省15%的能源的能源：通过更准确的跟踪运动规划轨迹以及更快速地扰动抑制能力，：通过更准确的跟踪运动规划轨迹以及更快速地扰动抑制能力，SpinTAC控制系统可以节约控制系统可以节约15%的电能。的电能。3.精确控制精确控制：SpinTAC能够实现高速旋转能够实现高速旋转(1200rpm)且保持最小的超调量，而传统且保持最小的超调量，而传统PID控制器的超调则十分明显。控制器的超调则十分明显。4.快速简单的调节快速简单的调节：因为是单参数调节，：因为是单参数调节，SpinTAC控

19、制器只需要很短的调节时间。且控制器只需要很短的调节时间。且该参数可以用户实时调节，而不需要测试系统的性能和稳定性。该参数可以用户实时调节，而不需要测试系统的性能和稳定性。ADRC的应用的应用工业伺服驱动器测试工业伺服驱动器测试-北美财富100强企业，2009年 测试方法是在原有平台中将测试方法是在原有平台中将ADRC算法替换掉算法替换掉PID算法。工算法。工程师花费程师花费45分钟来调节分钟来调节PID参数，相反的他花费参数，相反的他花费2分钟来调节分钟来调节ADRC参数。具体对比波形如下：参数。具体对比波形如下：位置误差对比，减小位置误差对比，减小81%ADRC的应用的应用工业伺服驱动器测试

20、工业伺服驱动器测试-北美财富100强企业，2009年 颠簸程度颠簸程度(Jerk)对比，减小对比，减小71%能源消耗对比，减小能源消耗对比，减小41%ADRC的应用的应用工业挤压机测试工业挤压机测试-Parker公司工业挤压机能耗对比，减小工业挤压机能耗对比，减小58%内容导航内容导航自抗扰控制器原理的起源及背景自抗扰控制器原理的起源及背景总结及未来发展趋势总结及未来发展趋势自抗扰控制器国内外研究现状自抗扰控制器国内外研究现状自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现韩京清先生的自抗扰控制器结构图如下韩京清先生的自抗扰控制器结构图如下 从图

21、中可以看出，自抗扰控制器由三部分组成，分别从图中可以看出，自抗扰控制器由三部分组成，分别是是安排过渡过程安排过渡过程TD、扩张状态观测器扩张状态观测器ESO和和非线性非线性PID。自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现 安排过渡过程是通过对输入信号安排过渡过程是通过对输入信号V的处理，得到一个较缓慢的跟的处理，得到一个较缓慢的跟踪信号踪信号V1来追踪输入信号，同时生成输入信号的微分来追踪输入信号，同时生成输入信号的微分V2来跟踪输入来跟踪输入信号的微分。其原理为一个简单的微分观测器，则安排过渡过程的离信号的微分。其原理为一个简单的微分观测器，则安排过渡过程的离散化算法为：散化算法为：

22、安排过渡过程安排过渡过程TD112221200(1)( )( )(1)( )( )( ),( ),)stV kV kTV kV kV kTF V kV k V kh012000( ),( ,),stsign aadFx xhaadd中间变量为中间变量为020200()( ),2,adxsign zzdzxzdh00001022008dhdh dzxh xadz自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现安排过渡过程安排过渡过程TD-仿真波形仿真波形给定给定V1V2给定给定V1V2自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现扩张状态观测器扩张状态观测器ESO ADRC中的扩张状态观测器与

23、前面提到的安排过渡过程中的扩张状态观测器与前面提到的安排过渡过程TD类似，类似，都是对一个变量进行运算，求得其跟踪值和其微分的跟踪值。但都是对一个变量进行运算，求得其跟踪值和其微分的跟踪值。但ESO可以是高阶的状态观测可以是高阶的状态观测(如如n阶阶)，且他可以生成一个，且他可以生成一个n+1阶的状态变量阶的状态变量观测，其中观测，其中xn+1即为对控制对象中的扰动和误差的估计。但为了是控制即为对控制对象中的扰动和误差的估计。但为了是控制器结构保持一致，一般而言，无论被控对象的阶数多少，器结构保持一致，一般而言，无论被控对象的阶数多少，ESO的阶数的阶数均为均为3阶，即阶，即z3表示系统的扰动

24、量的估计值。表示系统的扰动量的估计值。122331( )xxxxbuxG tyx01112102232011333021( )( )(1)( )( )(1)( )( )(,)(1)( )(,)alalz ky kz kz kT z kz kz kT z kbuFz kz kTF 控制对象控制对象ESO自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现扩张状态观测器扩张状态观测器ESO -仿真波形仿真波形观测系统反馈量观测系统反馈量观测反馈量微分观测反馈量微分观测扰动量观测扰动量观测系统反馈量观测系统反馈量观测反馈量微分观测反馈量微分观测扰动量观测扰动量自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及

25、实现非线性非线性PID(N-PID) 非线性非线性PID，即是根据前面得到的，即是根据前面得到的V1、V2和和z1、z2、z3对被控对被控对象的控制量进行调节的过程。其离散控制算法如下：对象的控制量进行调节的过程。其离散控制算法如下：111222010112200( , )(, )(, )tPalDalIaleVzeVzeeuK FeK FeK Fe (1)( ),( , , ),alxsign xxFxxx 其中其中 对于自抗扰控制器而言，非线性对于自抗扰控制器而言，非线性PID的选择范围很大，并不局的选择范围很大，并不局限于上式。甚至可以取线性的限于上式。甚至可以取线性的PID控制策略等。

26、控制策略等。自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的实现的实现目标：将速度环目标：将速度环PID控制器替换为控制器替换为ADRC控制器控制器1.控制器形式及参数设计控制器形式及参数设计2.ESO参数设计参数设计3.轨迹规划轨迹规划(可选可选)自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的实现的实现控制器参数设计控制器参数设计T qLdBJK iTdt电机运动方程电机运动方程01()TqLKyiTBb ufJJ1TqKyuiJ s忽略扰动忽略扰动f一阶积分系统一阶积分系统闭环系统目标传函：闭环系统目标传函：11clclGs控制器形式控制器形式

27、cpcGK自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的实现的实现观测器设计观测器设计()zAzBuL yyyCz0100A其中其中000TKbBJ10C 12L观测误差系数矩阵观测误差系数矩阵1210eAALC观测器稳定观测器稳定特征值小于零特征值小于零2212212( )()2,ooossss 自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比仿真电机参数：仿真电机参数：L=3.5e-3;R=1.6;Pn=4;Uf=0.094295;J=2.45e-4仿真控制器参数：仿真控制器参数：wc=450，wo=4500，b0=Kt/J自

28、抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比速度速度电磁转矩电磁转矩00.010.020.030.040.050500100015002000250030003500 PIADRC00.010.020.030.040.05-4-20246810 PIADRC自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比突加负载突加负载1Nm速度速度电磁转矩电磁转矩0.080.090.10.110.12-0.200.20.40.60.811.21.4 PIADRC0.080.090.10.110.1229822984298629

29、882990299229942996299830003002 PIADRC自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比5x惯量惯量速度速度电磁转矩电磁转矩00.010.020.030.040.050.060.070500100015002000250030003500 PIADRC00.010.020.030.040.050.060.07-4-20246810 PIADRC自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比突加负载突加负载1Nm速度速度电磁转矩电磁转矩0.080.090.10.110.122990

30、2992299429962998300030023004 PIADRC0.080.090.10.110.12-0.200.20.40.60.811.21.41.6 PIADRC自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比非线性非线性ESO对比对比 根据韩京清给出的原始非线性根据韩京清给出的原始非线性ESO设计方法，设计方法，将线性将线性ESO替换为非线性替换为非线性ESO，其中，非线性，其中，非线性ESO控制参数为：控制参数为：1=1e4；2=1e7；=0.25；=1e-4。 非线性非线性ESO的参数根据线性的参数根据线性ESO参数调节，但参数调节，

31、但不完全相同，其中线性不完全相同，其中线性ESO中中1=0.9e4；2=2e7。自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比非线性非线性ESO对比对比00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.201000200030004000Velocity (rpm) 00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2-50510Electromagnetic torque (Nm)LESOnLESO参数准确时，非线性参数准确时，非线性ESO仿真波形仿真波形自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及

32、实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比非线性非线性ESO对比对比参数准确时，非线性参数准确时，非线性ESO仿真波形仿真波形00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.040100020003000Velocity (rpm) 00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.04-50510Electromagnetic torque (Nm)LESOnLESO0.080.0850.090.0950.10.1050.110.1150.1229702980299030003010Velocity (rpm) 0.080.0850.090.095

33、0.10.1050.110.1150.12-0.500.511.5Electromagnetic torque (Nm)LESOnLESO自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比非线性非线性ESO对比对比参数准确时，非线性参数准确时，非线性ESO仿真波形仿真波形自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比非线性非线性ESO对比对比J=5J0时，线性时，线性ESO、非线性、非线性ESO仿真波形仿真波形00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.201000200030004

34、000Velocity (rpm) 00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2-50510Electromagnetic torque (Nm)LESOnLESO自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比非线性非线性ESO对比对比J=5J0时，线性时，线性ESO、非线性、非线性ESO仿真波形仿真波形0.040.0450.050.0550.060.0650.070.0750.082000250030003500Velocity (rpm) 0.040.0450.050.0550.060.0650.070.0750.

35、08-202468Electromagnetic torque (Nm)LESOnLESO自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比非线性非线性ESO对比对比J=5J0时，线性时，线性ESO、非线性、非线性ESO仿真波形仿真波形0.080.0850.090.0950.10.1050.110.1150.1229852990299530003005Velocity (rpm) 0.080.0850.090.0950.10.1050.110.1150.12-0.500.511.5Electromagnetic torque (Nm)LESOnLESO自抗

36、扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比非线性非线性ESO对比对比J=10J0时，线性时，线性ESO、非线性、非线性ESO仿真波形仿真波形00.050.10.150.20.250.301000200030004000Velocity (rpm) 00.050.10.150.20.250.3-50510Electromagnetic torque (Nm)LESOnLESO自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比非线性非线性ESO对比对比J=10J0时，线性时，线性ESO、非线性、非线性ESO仿真波形仿真

37、波形0.10.1050.110.1150.120.1250.130.1350.140.1450.1527002800290030003100Velocity (rpm) 0.10.1050.110.1150.120.1250.130.1350.140.1450.15-202468Electromagnetic torque (Nm)LESOnLESO自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现速度环速度环ADRC的仿真对比的仿真对比非线性非线性ESO对比对比J=10J0时，线性时，线性ESO、非线性、非线性ESO仿真波形仿真波形0.180.190.20.210.220.230.240.25

38、0.2629852990299530003005Velocity (rpm) 0.180.190.20.210.220.230.240.250.26-0.500.511.5Electromagnetic torque (Nm)LESOnLESO内容导航内容导航自抗扰控制器原理的起源及背景自抗扰控制器原理的起源及背景总结及未来发展趋势总结及未来发展趋势自抗扰控制器国内外研究现状自抗扰控制器国内外研究现状自抗扰控制器的结构及实现自抗扰控制器的结构及实现ADRC算法特点归纳如下算法特点归纳如下 PID中的积分控制可以较好地消除常扰动引起的静差，中的积分控制可以较好地消除常扰动引起的静差，ADRC中则

39、中则通过通过ESO消除动态不确定性而实现较高的控制精度，并且避免了积分消除动态不确定性而实现较高的控制精度，并且避免了积分饱和的问题饱和的问题 ADRC适用于不确定性为高度非线性及非参数化情形的对象，极大适用于不确定性为高度非线性及非参数化情形的对象，极大地拓展了自适应控制研究地拓展了自适应控制研究 ADRC给出了一种对同时含有内部与外部不确定的非线性系统设计给出了一种对同时含有内部与外部不确定的非线性系统设计“总扰动总扰动”观测器的方法，极大拓展了基于扰动观测器的控制方法研观测器的方法，极大拓展了基于扰动观测器的控制方法研究究 由于由于ADRC能处理各种内外不确定性，使其对对象模型的依赖非常

40、能处理各种内外不确定性，使其对对象模型的依赖非常小，所适用的对象既不必是线性的，又不必是定常的，因而是一种鲁小，所适用的对象既不必是线性的，又不必是定常的，因而是一种鲁棒性非常强的控制方法。棒性非常强的控制方法。 与变结构控制等利用高增益反馈来抑制不确定性的控制策略不同，与变结构控制等利用高增益反馈来抑制不确定性的控制策略不同，ADRC并不采用高增益反馈控制，而是利用具有快速响应特性的扩张并不采用高增益反馈控制，而是利用具有快速响应特性的扩张状态观测器对不确定动态进行实时快速估计，从而针对不确定动态的状态观测器对不确定动态进行实时快速估计，从而针对不确定动态的实时大小形成控制作用。实时大小形成

41、控制作用。ADRC发展趋势发展趋势 目前目前ADRC理论基础相对完善，理论上所需要的仅是一些特殊情理论基础相对完善，理论上所需要的仅是一些特殊情况下的稳定性证明。而未来的发展趋势是简化况下的稳定性证明。而未来的发展趋势是简化ADRC算法，完善单参算法，完善单参数数ADRC算法调节策略，将算法调节策略，将ADRC算法逐步替代算法逐步替代PID算法，应用到工业算法，应用到工业界的各个领域，提高控制性能和效率。由于界的各个领域，提高控制性能和效率。由于ADRC算法是一种基于控算法是一种基于控制的控制算法，因此其应用时也应遵循下图所示的过程，即理论制的控制算法，因此其应用时也应遵循下图所示的过程，即理论技术技术应用应用理论三者的循环补充。理论三者的循环补充。