自抗扰控制技术简介 ppt课件
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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。
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。
第三章抗干扰技术PPT课件
Ia
C1
C2
串模干扰示意图
电磁耦合引入串模干扰
12.11.2020
6
图3-1 串模干扰示意图
12.11.2020
7
3.1.2
串模抑制比：衡量系统抑制串模干扰的能力。 定义： NMRR = 20lg(Un / △Ui) (dB)
Un:串模干扰信号的幅值； △Ui：Un引起输出的改变折合到输入端的偏移量。 效果：△Ui越小，抗串模干扰的能力越强，即NMRR越大。
共模干扰的影响：共模干扰对放大器的影响，是因转换 成串模干扰而加到输入端的。
共模抑制比：衡量系统抑制共模干扰转化为串模干扰的 能力。
定义： CMRR = 20lg(Ucm/Un) (dB) Un:是共模干扰信号Ucm转换成串模干扰的电压幅值； 效果：Un越小，抗共模干扰的能力越强，即CMRR越大。
CMRR与信号的输入方式有关，分单端输入和差动输入2种 形式。
14
3.1.4
2、电磁场传播的干扰
(1)静电耦合：静电场干扰通过分布电容耦合进入系统
(2)
两根平行导线之间的、印刷线路之间、变压器线
匝之间、绕组之间都可能构成分布电容。
(3)(2)电磁耦合：电磁耦合干扰通过电感引入感应电势
(4)
两条平行导线间会产生磁场耦合
(5)(3) 辐射电磁场耦合：具有天线效应的电源线和长信号线 会对空间电磁场产生接收作用，感应出干扰信号。
力。是个定性的概念。 有两层含义： ① 在规定时间内无故障运行； ② 故障后维修方便。
12.11.2020
31
可靠性的定量描述：
如下图，系统运行时间 t k 后发生故障，需维修时间 T k
k 1,2, 。
可定义以下可靠性指标：
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.
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：
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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.
第32章干扰及其抑制技术-56页PPT精品文档
26.09.2019
22
由电源配电 回路引入的
干扰
交流供配电线路在工业现场的分布相当于一个吸 收各种干扰的网络, 而且十分方便地以电路传导的形 式传遍各处，经检测装置的电源线进入仪器内部造成 干扰。最明显的是电压突变和交流电源波形畸变，它 使工频的高次谐波 (从低频一直延伸至高频) 经电源 线进入仪器的前级电路。例如，由调压或逆变电路中 的晶闸管引起的大功率高次谐波干扰；又如开关电源 经电源线往外泄漏出的几百千赫兹尖脉冲干扰。
自然界干扰源和人为干扰源
X光机产生大功率 高频干扰
闪电产生电磁场干扰
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19
自然界干扰源和人为干扰源（续）
变电站会产生 50Hz的高次 谐波干扰以及 电晕放电干扰
雷达会产生大功率高频干扰
26.09.2019
20
电吹风机干扰电视机的演示
电吹风机产 生的电磁波干扰 以两种途径到达 电视机：一是通 过共用的电源插 座，二是以空间 电磁场传输的方 式由电视机的天 线接收。应设法 切断这些干扰途
底部屏蔽
干扰信号无法穿透 钢板屏蔽室
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39
3.共阻抗耦合
共阻抗耦合干扰的产生是由于两个以上的电路有
共阻抗。当一个电路中的电流流经共阻抗产生电压降 时，就成为其他电路的干扰电压，其大小与共阻抗的
阻值及干扰源的电流大小成正比。
一、 通过电源内阻的共阻抗耦合干扰 二、 通过公共地线的共阻抗耦合干扰： 三、输出阻抗耦合
花、高压输电线路的电晕放电，汽车、摩托车点火装置、家电 中的吸尘器、变频空调、微波炉、计算机开关电源等电气设备， 它们的产生电火花，有的造成电源畸变，有的产生大功率的高 次谐波，当它们距离检测系统较近时，均会干扰检测系统的工
新adrc自抗扰控制技术
3.3自抗扰控制技术的MATLAB仿真自抗扰控制技术是由韩京清教授根据多年实际控制工程经验提出的新的控制理论。
在传统的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%以上的份额。
但是，PID自身还是存在缺陷，而韩京清教授正是出于对P1D控制算法的充分认知，尤其是对其缺陷的清晰分析，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的提出是根据对PID控制技术的充分认知，扬其优点，抑其缺点而提出的。
传统PID控制技术应用领域很广泛，其控制结构如图3-9所示。
图3-9 传统PID结构其中，•++⎰=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策略:用误差的过去、现在和变化趋势的加权和消除误差。
其优点有: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，而不是靠被控对象的“输入一输出”关系，即不靠被控对象的“输入-输出”模型来决定控制策略，简单易行，只要选择PID增益使闭环稳定，就能使对象达到静态指标。
当然PID控制仍有缺点，其缺点如下1、采用PID校正系统闭环动态品质对PID增益的交化太敏感，当被控对象处于变化的环境中时，根据环境的变化经常需要变动PID的增益。
2、“基于误差反馈消除误差”是PID控制技术的精髓，但实际情况中直接取目标与实际行为之间的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控制技术的闭环系统产生“快速性”和“超调”不可调和矛盾的主要原因。
3、PID是用误差的比例、积分、微分的加权和形式来形成反馈控制量的，然而在很多场合下，由于没有合适的微分器，通常采用PI控制规律，限制了PID的控制能力。
4、PID是用误差的过去、现在和将来的适当组合来产生程制量的。
经典PID一般采用线性取和方法，但是实际系统多为非线性系统，所以非线性拉制器更适合实际情况。
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。
自抗扰控制介绍概要
自抗扰控制技术
1
目录
• ADRC的产生 • ADRC的结构 • 安排过渡过程TD • 扩张状态观测器 • 非线性反馈 • 参数整定方法 • 应用 • 参考文献
2
目录
• ADRC的产生 • ADRC的结构 • 安排过渡过程TD • 扩张状态观测器 • 非线性反馈 • 参数整定方法 • 应用
3
一、ADRC的产生
• 自抗扰控制框图如下图所示
v0 v1
w1 t
v2
w2 t
G s
TD
NF
u0 u
y
z1
z2
1b
z3
b
ESO
5
目录
• ADRC的产生 • ADRC的结构 • 安排过渡过程TD • 扩张状态观测器 • 非线性反馈 • 参数整定方法 • 应用
6
三、安排过渡过程
t 1 cos , t T0 dtrns T0 , t 2T0 T0 2 , t T0 0
x a1 x v0 a2 x y x
a1 a1 k p , a2 a2 kd v0 dtrns T0 , t x a1 x v0trns T0 , t a2 x y x
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5 Time(s)
3
3.5
4
4.5
5
10
施加PD控制
x a1 x v0 a2 x y x
1
目录
• ADRC的产生 • ADRC的结构 • 安排过渡过程TD • 扩张状态观测器 • 非线性反馈 • 参数整定方法 • 应用 • 参考文献
2
目录
• ADRC的产生 • ADRC的结构 • 安排过渡过程TD • 扩张状态观测器 • 非线性反馈 • 参数整定方法 • 应用
3
一、ADRC的产生
• 自抗扰控制框图如下图所示
v0 v1
w1 t
v2
w2 t
G s
TD
NF
u0 u
y
z1
z2
1b
z3
b
ESO
5
目录
• ADRC的产生 • ADRC的结构 • 安排过渡过程TD • 扩张状态观测器 • 非线性反馈 • 参数整定方法 • 应用
6
三、安排过渡过程
t 1 cos , t T0 dtrns T0 , t 2T0 T0 2 , t T0 0
x a1 x v0 a2 x y x
a1 a1 k p , a2 a2 kd v0 dtrns T0 , t x a1 x v0trns T0 , t a2 x y x
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
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2.5 Time(s)
3
3.5
4
4.5
5
10
施加PD控制
x a1 x v0 a2 x y x
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。
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.
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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
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
什么是自抗扰控制技术
什么是自抗扰控制技术
自抗扰控制器 （Auto/Active Disturbances Rejection Cont roller，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。
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
自抗扰控制技术的特点和优点
自抗扰控制技术的特点和优点
➢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。
➢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。
➢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。
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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：
自抗扰控制器是一种新型非线性控制器， 这种控制器基于非线性PID控制器发展而来， 结合了经典PID控制不依赖于对象精确模型的 优点及现代控制理论完善的控制系统分析方 法，并解决了经典PID控制快速性与超调之间 的矛盾以及现代控制理论依赖于控制对象模 型的局限，因此具有非常广阔的应用前景。 自抗扰控制器由跟踪微分器、扩张状态观测 器和非线性反馈控制规律三部分组成，它具 有不依赖于被控对象精确模型、动静态性能 良好、抗扰动能力强等优点。
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。
PID控制
G.J.Silvs, A.Datta,S.P.Bhattacharyya. New results on Automatic Control, 2002,47(2):241-252.
自抗扰控制技术简介
自抗扰控制技术的提出者
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。