自抗扰控制(ADRC)技术详解：从线性到非线性

"自抗扰控制技术的介绍，包括ADRC的产生、结构、安排过渡过程TD、扩张状态观测器、非线性反馈、参数整定方法以及应用" 自抗扰控制（ADRC，Adaptive Disturbance Rejection Control）是一种针对非线性系统的控制策略，旨在克服传统PID控制在处理非线性和干扰问题上的局限性。ADRC的核心思想是通过动态扩展状态空间来同时估计和补偿系统内部状态和外部扰动，从而实现精确的系统控制。 1. ADRC的产生： PID控制器在处理非线性系统时存在一些问题，如直接基于误差e（v - y）的控制方式可能不合理，误差积分反馈可能导致系统响应迟钝、振荡以及控制量饱和。为了解决这些问题，ADRC应运而生，它提供了一种新的误差处理方式，能够更好地适应系统动态变化和外界扰动。 2. ADRC的结构： 自抗扰控制的典型结构包含扩张状态观测器和非线性反馈。观测器用于实时估算系统状态和未知扰动，而非线性反馈则设计为能抑制这些扰动并确保系统稳定。 3. 安排过渡过程TD： 安排过渡过程是为了改善系统响应特性，尤其是在初始误差较大的情况下，避免产生超调。通过引入跟踪微分器，可以更平滑地引导系统从初始状态过渡到期望状态，减少超调和振荡。 4. 扩张状态观测器： 这部分是ADRC的关键组成部分，它不仅估计系统的状态，还估计并分离出未知的内部扰动和外部干扰，从而使得控制器能够独立地应对这些不确定因素。 5. 非线性反馈： ADRC的非线性反馈设计考虑了系统非线性特性，通过适当的反馈结构，可以有效地抑制非线性效应，确保系统在各种工况下的性能。 6. 参数整定方法： ADRC的参数整定通常涉及到控制器增益和观测器增益的调整，这需要结合系统特性和性能指标进行。ADRC的一个优势是其参数整定相对简化，因为它是基于系统动态而非模型参数。 7. 应用： ADRC广泛应用于各种非线性系统，如机械、电力、航空航天等领域，因其良好的鲁棒性和适应性，可以有效处理实际系统中的复杂动态和不确定性。 自抗扰控制是一种强大的控制理论，它通过创新的结构设计和控制策略，提升了非线性系统的控制精度和稳定性，尤其在处理扰动和不确定性方面表现出显著优势。通过对系统动态的实时观测和非线性反馈的运用，ADRC能够在不完全了解系统模型的情况下实现有效的控制。