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什么是自抗扰控制技术
10
什么是自抗扰控制技术
自抗扰控制器 （Auto/Active Disturbances Rejection Co ntroller，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。
26
27
28
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。
误差信号e的积分反馈的引入有很多负作用。 7
自抗扰控制技术简介
克服PID“缺陷”的具体办法
8
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”。
9
自抗扰控制技术简介
23
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。
24
自抗扰控制技术简介
自抗扰控制技术的应用
25
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
1
自抗扰控制技术简介
PID控制及其优势和缺陷
2
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。
3
PID控制
G.J.Silvs, A.Datta,S.P.Bhattacharyya. New results on Automatic Control, 2002,47(2):241-252. 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%。
[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).
30
Βιβλιοθήκη Baidu
11
自抗扰控制技术简介
自抗扰控制技术的提出者
12
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。
13
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。
14
自抗扰控制技术简介
自抗扰控制技术的特点和优点
15
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。
29
参考文献
[1]马幼捷,刘增高,周雪松,等.自抗扰控制器的原理 解析[J].天津理工大学学报，2008,24(4):27-30.
[2]韩京清.从PID技术到“自抗扰控制”技术[J].控 制理论与应用,2002,19(4):485-491.
[3] 韩 京 清 . 自 抗 扰 控 制 器 及 其 应 用 [J]. 控 制 与 决 策,1998,13(1):19-23.
4
PID控制
传统PID控制的结构如下图：
5
PID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。
17
自抗扰控制技术简介
自抗扰控制器的基本结构
18
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
19
ADRC结构框图
20
TD
跟踪微分器最常用的形式为
21
TD
fhan(z11,z12,r,h)为如下定义的非线性函数
22
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：
16
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。
6
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。
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什么是自抗扰控制技术
自抗扰控制器 （Auto/Active Disturbances Rejection Co ntroller，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。
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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。
误差信号e的积分反馈的引入有很多负作用。 7
自抗扰控制技术简介
克服PID“缺陷”的具体办法
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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”。
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自抗扰控制技术简介
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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。
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自抗扰控制技术简介
自抗扰控制技术的应用
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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
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自抗扰控制技术简介
PID控制及其优势和缺陷
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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。
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PID控制
G.J.Silvs, A.Datta,S.P.Bhattacharyya. New results on Automatic Control, 2002,47(2):241-252. 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%。
[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).
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Βιβλιοθήκη Baidu
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自抗扰控制技术简介
自抗扰控制技术的提出者
12
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。
13
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。
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自抗扰控制技术简介
自抗扰控制技术的特点和优点
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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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参考文献
[1]马幼捷,刘增高,周雪松,等.自抗扰控制器的原理 解析[J].天津理工大学学报，2008,24(4):27-30.
[2]韩京清.从PID技术到“自抗扰控制”技术[J].控 制理论与应用,2002,19(4):485-491.
[3] 韩 京 清 . 自 抗 扰 控 制 器 及 其 应 用 [J]. 控 制 与 决 策,1998,13(1):19-23.
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PID控制
传统PID控制的结构如下图：
5
PID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。
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自抗扰控制技术简介
自抗扰控制器的基本结构
18
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
19
ADRC结构框图
20
TD
跟踪微分器最常用的形式为
21
TD
fhan(z11,z12,r,h)为如下定义的非线性函数
22
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：
16
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。
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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。