自抗扰控制(ADRC)原理与改进：克服PID控制缺陷

"ADRC的产生-自抗扰控制介绍" 自抗扰控制（ADRC，Automatic Disturbance Rejection Control）是由韩京清教授在针对传统PID控制的不足基础上发展起来的一种新型控制策略。PID控制虽然广泛应用，但在实际工程中存在一些问题，如： 1. 误差信号的不合理性：PID控制直接用偏差e=v-y作为控制依据，但这种方法在处理动态变化的输入和输出时可能不够理想。 2. 微分信号的实现难度：在实际系统中，误差信号e的微分很难精确获取，通常只能通过近似方法实现，这影响了控制性能。 3. 线性组合的局限性：PID控制器的线性组合可能不是最优的控制结构，对于某些复杂系统可能无法提供最佳控制效果。 4. 积分项的负面影响：积分项的引入可能导致系统响应变慢，容易引发振荡，甚至出现积分饱和导致控制量饱和的问题。 为解决这些问题，ADRC采用了全新的控制结构，其主要组成部分包括： 1. 自抗扰控制器：这个部分的设计目标是抵消系统内部和外部扰动的影响，增强系统的抗干扰能力。 2. 扩张状态观测器：用于实时估计系统状态及未知扰动，弥补了传统控制方法中难以准确估计扰动的缺点。 3. 非线性反馈：ADRC引入了非线性反馈，以适应系统的非线性特性，提高了控制精度和稳定性。 4. 参数整定方法：ADRC提供了更灵活的参数整定方法，可以根据不同系统特性进行调整，使得控制器的适应性更强。 过渡过程的安排是ADRC中的一个重要概念，它强调了在系统动态响应过程中，通过适当的控制策略减少初始误差，避免超调。传统的误差反馈方法可能导致系统在初始阶段反应过激，而ADRC通过精心设计的跟踪微分器和状态观测器，改善了这种现象，使得系统在面对不同参数设置时能够保持良好的动态性能，避免了超调和振荡。 例如，当系统参数变化时，ADRC能够保持稳定且快速的过渡过程。通过对比不同参数下的系统响应曲线，可以看到ADRC控制下的系统无论参数如何变化，都能够实现无超调的平稳过渡，这体现了ADRC控制的优越性。 ADRC是针对PID控制局限性的有效解决方案，通过引入新的控制思想和技术，实现了对系统动态性能的显著提升，特别是在处理非线性和不确定性方面表现突出。在实际工程应用中，ADRC已被广泛应用于各种控制系统，如电力系统、机械传动、航空航天等领域。