自抗扰控制技术简介

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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

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。
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：

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。

自抗扰控制简介

以原点为终点的快速最优控制综合函数为： (2)
u ( x1 , x2 ) r sign( x1
将式(3)代入式(2)可得：
x1 x2 x2 r sign( x 1 v0 (t )
x2 x2 ) 2r
(3)
x2 x2 2r
)
(4)
这个系统的解的分量
x1 (t )
在加速度
(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：
5
参考文献
[1] 韩京清. 控制理论—–模型论还是控制论 [J]. 系统科学与数学, 1989, 9(4): 328 – 335. [2] 韩京清. 线性控制系统的结构与反馈系统计算 [C] //全国控制理论及其应用论文集. 北京: 科学出版社, 1981: 43 – 55. [3] 韩京清. 控制系统的鲁棒性与 Gö del 不完备性定理 [J]. 控制理论与应用, 1999, 16(增刊): 149 – 155. [4] 韩京清. 抗扰控制技术—–估计补偿不确定因素的控制技术 [M]. 北京: 国防工业出版社, 2008. [5] HAN Jingqing. From PID to active disturbance rejection control [J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2009, 56(3): 900 – 906. [6]杨晟萱. 四旋翼飞行器自抗扰控制方法研究[D].大连理工大学,2014. [7]朱晓光. 航天器交会对接逼近段自抗扰控制研究[D].吉林大学,2015. [8]吴丹,赵彤,陈恳. 快速刀具伺服系统自抗扰控制的研究与实践[J]. 控制理论与应用,2013,12:1534-1542. [9] 马幼捷 ,刘增高 , 周雪松 ,王新志 . 基于自抗扰控制技术的发电机励磁控制系统 [J]. 控制工程,2008,06:627-629+695. [10]TIAN G, GAO Z Q. Benchmark tests of active disturbance rejection control on an industrial motion control platform [C].Proceedings of the 2009 American Control Conference. St. Louis, MO: IEEE, 2009:5552 – 5557 [11] Achieve improved motion and efficiency for advanced motor control designs in minutes with TI’s new InstaSPIN(TM)–MOTION technology, The Wall Street Journal, April 18, 2013 at http: ///article/PR – CO – 20130418 – 907338.html ? mod = googlenews_wsj. [12] 李海生 , 朱学峰 . 自抗扰控制器参数整定与优化方法研究 [J]. 控制工程 ,2004,11(5):419-423. [13] 张文革 . 时间尺度与自抗扰控制器 [D]. 北京 : 中国科学院系统科学研究所 ,1999.

永磁同步电机自抗扰控制技术研究

永磁同步电机自抗扰控制技术探究摘要：永磁同步电机(PMSM)拥有高效、高精度、高动态响应等优势，在现代工业中得到越来越多的应用。

然而，PMSM的动态响应受到外部干扰和模型误差等因素的影响，导致控制效果降低。

自抗扰控制技术(ADRC)是一种有效的控制方法，其具有较强的鲁棒性和适应性，能够有效地降低外部干扰和模型误差对系统的影响，提高PMSM的控制性能。

本文基于ADRC理论，探究了PMSM的自抗扰控制技术，建立了PMSM的数学模型，并进行了控制器的设计和仿真试验。

结果表明，ADRC技术对于PMSM的控制效果具有良好的鲁棒性和适应性，在外部干扰和模型误差的状况下，可以有效地提高PMSM的控制精度和动态性能。

关键词：永磁同步电机；自抗扰控制；鲁棒性；适应性；动态性能。

正文：一、绪论随着现代工业的不息进步，永磁同步电机(PMSM)已经成为了各种机电设备中的重要部件，在机器人、电动车、风力发电机、电子电器等领域得到广泛的应用。

PMSM拥有高效、高精度、高动态响应等优势，是替代传统感应电机的重要选择。

然而，PMSM的动态响应受到外部干扰和模型误差等因素的影响，导致控制效果降低。

因此，如何提高PMSM的控制精度和动态性能，是当前探究的热点之一。

自抗扰控制技术(ADRC)是一种有效的控制方法，它不依靠于精确的系统模型和干扰预估，能够有效地降低外部干扰和模型误差对系统的影响，提高系统的稳定性和控制性能。

因此，ADRC 技术在PMSM的控制中也得到了广泛的应用。

本文基于ADRC理论，探究了PMSM的自抗扰控制技术，建立了PMSM的数学模型，并进行了控制器的设计和仿真试验。

二、 PMSM的数学模型PMSM是一种典型的无刷直流电机，其数学模型可以表示为：$$u=\frac{d}{dt}\psi+Ri+e$$$$T=\frac{3}{2}p(\psi i_m-L_d i_d i_m)-J\frac{d\omega}{dt}$$其中，$u$为输入电压，$\psi$为磁链，$R$为电阻，$i$为电流，$e$为反电势，$T$为转矩，$p$为极对数，$i_m$为磁场电流，$L_d$为轴向电感，$L_q$为切向电感，$J$为转动惯量，$\omega$为转速。

自抗扰控制技术及其应用研究

单元机组协调控制系统的任务，即当电网负荷变化时，单元机组能迅速满足负荷变化的要求，并且保持主汽压在允许的范围内。然而火力发电单元机组协调控制系统是一个复杂的多变量控制系统。系统的复杂性主要体现在以下几个方面：
（1）多变量的强烈耦合。协调控制系统的压力控制回路和负荷控制回路相互关联，存在着强烈的耦合特性结构，即汽轮机侧具有快速响应特性，而锅炉侧则具有相对较慢的响应特性。
Keywords:Aoordinatedcontrolsystem；Decoupling；ADRC
主要符号
ADRC自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control)
ESO扩张状态观测器(Extended State Observer)
TD跟踪微分器（Tracking Differentiator）
但是PID控制器存在以下的许多缺点：第一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。第二误差信号的比例、微分和积分形成PID控制量是采用它们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。第三积分反馈的作用主要是消除稳态误差，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。
（2）机组动态特性是时变、非线性的。因此根据某一工作点下的线性化模型来设计的协调控制系统，未必能保证系统在其它工作点下的适应性，而忽略其高频非线性，这种高频非线性常常会被控制器激发而使调节过程振荡。
（3）系统存在不确定干扰，例如燃煤的煤质变化、给煤量的扰动等，使机炉协调控制系统存在着较大的不确定因素。
观测器参数(Observer Parameters)
调节时间(Settling Time)

自抗扰控制技术简介

自抗扰控制技术介绍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控制技术精髓并吸收现代控制理论成就, 利用计算机仿真试验结果归纳和总结和综合中探索而来, 是不依靠被控对象正确模型、能够替换PID控制技术、新型实用数字控制技术。

1.2 自抗扰控制技术提出者——韩京清韩京清, 朝鲜族, 1937生, 系统与控制教授, 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,长久从事控制理论与应用研究工作, 是中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。

在这个思想提出以后, 中国外很多研究者都围绕着“自抗扰控制”展开实际工程应用研究。

同时, 自抗扰控制理论分析研究也在不停深入。

1.3 自抗扰控制技术特点和优点（1）自抗扰控制器采取“观察＋赔偿”方法来处理控制系统中非线性与不确定性, 同时配合非线性反馈方法, 提升控制器动态性能。

（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控制问题; 扰动抑制不需外扰模型或者外扰是否观察; 控制算法不需辨识控制对象; 统一处理非线性和线性系统; 能够进行时滞系统控制; 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背景2.1 现代控制理论缺点和改善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征问题。

所以, 此种控制关键手段是状态反馈。

“这种全局控制方法需要知道相关开环动态特征先验知识和状态变量信息, 这在很多工程实际中是很不现实, 因为工程实际提供不了相关开环动态特征多少先念知识, 所以这种全局控制方法是极难在实际中得到应用。

”这就是现代控制理论缺点, 这也限制了这种控制方法在工程实际中应用。

浅谈自抗扰控制(ADRC)技术的专利分析

浅谈自抗扰控制（ADRC）技术的专利分析作者：仲莉来源：《中国科技博览》2017年第30期[摘要]ADRC是一种可以解决具有大范围及复杂结构（非线性、时变、耦合等）不确定系统控制问题的有效方法。

本文针对自抗扰控制（ADRC）的起源、工作原理以及应用领域进行了系统的介绍，并对ADRC的专利申请态势、主要申请人的分布进行了统计分析，为以后涉及到ADRC专利申请的审查工作提供技术支持，以及在检索过程中给予指引。

[关键词]自抗扰，ADRC中图分类号：TK403 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0337-02一、自抗扰控制的起源及原理自抗扰控制是韩京清先生在基于误差来消除误差并吸取现代控制理论成就的基础上，于1998年正式提出的。

ADRC是一种可以解决具有大范围及复杂结构（非线性、时变、耦合等）不确定系统控制问题的有效方法。

其核心思想是以简单的“积分器串联型”作为反馈的标准型，把系统动态中异于标准型的部分视为“总扰动”（包括内扰和外扰），对于“总扰动”进行估计，并主动补偿“总扰动”对系统的影响，从而把充满扰动、不确定性和非线性的被控对象线性化为标准型，使得控制系统的涉及从复杂到简单、从抽象到直观。

ADRC主要包括三个环节，分别是：跟踪微分器（tracking differentiator，TD）、扩张状态观测器（extended state observer，ESO）、状态误差反馈（state error feedback，SEF）。

在ADRC的具体应用中可以根据这三个部分的结构不同分为很多种不同的形式，因此，在实际应用中，基于这一框架下可以根据具体对象的特点设计出不同结构的ADRC，基于系统整体上可以分为非线性和线性两大类，ADRC大致可以分为非线性ADRC（nonlinearADRC，NADRC）和线性ADRC（linear ADRC，LADRC）。

1、TDTD能够在各种测量噪声和未知扰动作用的条件下，快速跟踪输入信号，无超调又无颤振，且能给出较好品质的微分信号，图1是TD的具体结构形式：2、ESOESO的设计研究是基于系统已知输入及量测输出来重构系统状态的策略。

自动控制原理自抗扰控制知识点总结

自动控制原理自抗扰控制知识点总结自动控制原理中的自抗扰控制是一种重要的控制策略，它通过对系统进行建模和分析，设计合适的控制器来抵消外部干扰的影响，从而提高系统的稳定性和鲁棒性。

本文将对自抗扰控制的概念、原理以及相关应用进行总结和阐述。

一、概念和原理1.1 自抗扰控制的概念自抗扰控制，即自适应抗扰控制，是指通过对系统内部和外部干扰进行建模和估计，设计合适的控制器来抵消干扰的影响，从而实现对系统的控制。

其核心思想是通过主动干预和补偿，让控制器能够实时感知干扰的存在并及时做出相应的调整，使得受控对象的输出能够更好地接近期望值。

1.2 自抗扰控制的原理自抗扰控制的原理主要包括系统建模、干扰估计和抗扰控制器设计三个方面。

首先，需要对系统进行准确的建模，包括系统的动力学特性、结构和参数等。

通过建立数学模型，可以更好地理解系统的行为和响应，为后续的分析和设计提供基础。

其次，需要针对系统的干扰进行估计和补偿。

通过对干扰源的建模和分析，可以获得干扰的特征和变化规律，然后利用相应的算法和方法对干扰进行估计。

最后，将估计得到的干扰信号与系统输出进行比较，生成补偿信号，并通过控制器对系统进行调整，实现对干扰的抵消。

最后，根据系统的特点和要求，设计合适的抗扰控制器。

抗扰控制器可以通过经典控制理论或现代控制方法进行设计，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

控制器的设计要考虑系统的稳定性、响应速度和干扰抵消效果等指标。

同时，还需要根据实际应用中的需求，对控制器进行调优和参数整定，以提高系统的性能和鲁棒性。

二、自抗扰控制的应用2.1 机械系统控制自抗扰控制在机械系统中的应用非常广泛。

例如，对于一台机器人的运动控制，由于外部干扰的存在，可能导致机器人的轨迹偏差或者姿态稳定性下降。

通过自抗扰控制策略，可以实时估计和补偿外部干扰的影响，使得机器人能够更好地完成预定的任务。

2.2 电力系统控制在电力系统中，自抗扰控制可以应用于电网频率控制、电压稳定控制等方面。

基于自抗扰控制器的永磁同步电机位置伺服系统

基于自抗扰控制器的永磁同步电机位置伺服系统一、本文概述随着工业自动化的快速发展，永磁同步电机（PMSM）作为高性能伺服系统的核心部件，在精密制造、航空航天、机器人等领域得到了广泛应用。

然而，PMSM的位置伺服控制面临诸多挑战，如参数不确定性、外部干扰以及系统内部非线性等，这些问题往往导致控制精度和动态性能不足。

为此，本文提出了一种基于自抗扰控制器（ADRC）的永磁同步电机位置伺服系统，旨在通过先进的控制策略提高系统的鲁棒性和精度。

自抗扰控制器是一种源自中国的先进控制技术，它通过扩张状态观测器（ESO）估计并补偿系统总扰动，实现了对不确定性和干扰的有效抑制。

本文首先介绍了PMSM的数学模型和传统控制方法存在的问题，然后详细阐述了自抗扰控制器的设计原理及其在PMSM位置伺服系统中的应用。

通过仿真和实验验证，本文展示了自抗扰控制器在提高系统稳定性、动态响应和定位精度方面的优越性能。

本文的主要内容包括：PMSM的数学模型分析、自抗扰控制器的设计原理、PMSM位置伺服系统的实现方法、仿真和实验结果分析以及结论与展望。

通过本文的研究，旨在为PMSM位置伺服系统的控制策略设计提供新的思路和方法，推动高性能伺服系统在实际应用中的进一步发展。

二、永磁同步电机及位置伺服系统基础永磁同步电机（PMSM）是一种利用永磁体产生磁场的同步电机，具有高效率、高功率密度和良好调速性能等优点，因此在位置伺服系统中得到广泛应用。

PMSM的位置伺服系统是一种典型的闭环控制系统，其目的是通过精确控制电机的转速和转角，实现对目标位置的快速、准确跟踪。

在PMSM位置伺服系统中，电机转子的位置信息通过位置传感器（如编码器）进行实时检测，并与目标位置进行比较，形成位置误差信号。

该误差信号经过控制器处理后，生成相应的控制信号，驱动电机进行运动，以减小位置误差。

因此，控制器的性能对位置伺服系统的精度和动态性能具有重要影响。

自抗扰控制器（ADRC）是一种新型的非线性控制方法，具有强鲁棒性和良好的跟踪性能。

自抗扰控制技术

然后把控制量再取成误差及其微分的反馈,比如(也可以辨用效率更高的反馈形式) (6) 那么闭环过程方程最后变成 (7) 显然这个微分方程是稳定的,从而有 ⇒ ,于是达到了控制的目的 ⇒ . 这个过程并不着眼于"全局动态特性"的改造,而着眼于过程中的输入-输出量和控制目标的信号处理和控制目标与对象输出之间误差的"误差反馈",因此我们把这样的控制过程称作"过程的控制".实现这种过程控制的框图如下:
自抗扰控制技术
北京前沿科学研究所韩京清本文简单介绍"自抗扰控制技术"和它是如何从经典PID控制技术演变出新型实用控制技术的基本想法和关键技术."自抗扰控制器"(Auto(Active)Disturbances Rejection Controller-"ADRC") 技术,是发扬PID控制技术的精髓、吸取现代控制理论成就、开发利用特殊非线性效应、运用计算机仿真试验手段来探索出来的,是不依赖于被控对象精确模型的、能夠替代PID控制技术的、新型实用数字控制器技术. 一.控制理论与控制工程的脱节现象在经典控制理论时期,发展了把对象在运行点附近的局部动态特性－开环传递特性改造成期望的闭环传递特性(当然也是运行点附近的局部动态特性)来实现控制目的的理论和设计方法. 以状态变量描述为基础的现代控制系统理论是把上述局部传递特性的改造过程转化为用状态反馈实现极点配置等来改善全空间(或全局)动态特性的问题.这样,便形成了以全局动态特性的改造来实现控制目的的理论框架.既然立足于"全局动态特性"的改造,就得借用整个经典的和现代的" 动力学系统理论"工具,于是"矩阵理论"、"微分几何理论"都涌入了控制理论界,发展构筑了丰富多彩的"现代控制理论"大厦. 在这里,采用的主要手段是"状态反馈",要解决的关键问题是被改造了的闭环动态特性的"稳定性"问题,闭环动态稳定了才能实现控制目的.我们把这种"全局动态特性的改造"来实现控制目的的方法称之为"全局控制"方法. 实现控制目的的这种"全局控制"方法的框图表示如下(以二阶被控对象为例):

自抗扰控制技术

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。
➢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
组合”； (4)探讨“扰动估计办法一“扩张状
态观测器”。
自抗扰控制技术简介
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：
[4]黄一,薛文超,赵春哲,自抗扰控制纵横谈[J],系统科学与数学,2011(9).
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
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。

自抗扰控制简介

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。
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
4
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。
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参考文献
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