跟踪微分器能够快速地跟踪输入信号,并产生输入信号的近似微分信号,可分为非线性跟踪微分器和线性跟踪微分器。
将系统总扰动作为系统的新的扩张状态,针对扩张后的新系统设计状态观测器称为扩张状态观测器。扩张状态观测器对系统总扰动进行实时估计,扰动补偿部分根据估计出的总扰动进行合理补偿,可将原系统近似为积分串联型系统。
基于跟踪微分器和ESO产生的误差信号e1和各阶误差微分信号${e_2},{e_3},\cdots,{e_n}$,可以选取不同的非线性误差反馈控制律。
自抗扰控制理论领域中以线性自抗扰控制发展较为迅速,许多工程实际应用成果都是采用LADRC控制实现,下面以LADRC控制理论发展为主,适当结合传统ADRC的部分理论研究成果,对自抗扰控制的理论发展进行阐述。
1)收敛性与稳定性
2)ADRC其他性能分析
自抗扰控制能够处理的系统呈现多样化,具有很好的应用前景,利用自抗扰控制思想解决各类特定控制系统的控制问题,具有重要的理论与实际意义。本文介绍几类特定系统的自抗扰控制思路或方案:
1)非最小相位系统
2)大时滞系统
3)多变量系统
4)分数阶系统
5)混沌系统
6)非线性非仿射系统
1)ESO改进
2)与其他方法结合
自抗扰控制不依赖于系统的数学模型,抗干扰能力强,LADRC不仅具有这种优势,而且结构简单,参数易于整定,在工业过程、伺服系统控制、汽车发动机控制、航空航天等各个领域都进行了成功的应用,具有很好的工程应用前景。下面列举一些自抗扰控制的实际应用进行说明。
1)塑料挤压机生产线
2)精馏塔等气体流量装置
3)大型热处理电阻炉
4)大型发电机换热器
1)快速刀具伺服系统
2)液压伺服系统
3)永磁同步电机
4)大型测控天线伺服系统
韩京清研究员最早提出的非线性ADRC由于需要整定的参数太多,制约了ADRC在实际工程领域推广应用。在此基础上,高志强教授对非线性环节进行线性化,减少控制器参数,并与带宽相联系,极大地推进了自抗扰控制的实际应用。本文就自抗扰控制理论发展及实际应用进行了较为系统的整理介绍,目前,自抗扰控制的理论研究与实际应用均取得了很大进展,每年均有各类成果不断涌现,并仍在不断丰富与完善中,展望未来的研究方向,可以从以下几个方面进行分析研究。
ESO作为自抗扰控制器的核心部分,对扰动估计要求越精确,需要的观测器带宽越高,而高带宽会使得观测器对噪声敏感;在实际应用中,系统的带宽也会受到一些物理限制,所以研究如何在带宽受限情况下达到最好的观测效果,具有一定的理论意义和实际价值。
针对一些特殊系统或特殊环境的对象,单一的自抗扰控制可能不是最优的控制方案,可以借鉴其他控制方法的研究成果,进一步提高控制效果。
可以将其他主动抗扰技术(包括DisturbanceobserverDOB,PerturbationObserverPOB等)纳入进来,向统一融合的主动抗扰框架发展,这是未来自抗扰控制的发展趋势。
自抗扰控制已经应用于部分实际系统,推广应用仍需加强,针对各类实际工程完成自抗扰控制的产品化实现,充分发挥自抗扰控制的优势作用。