Simulink实现TD滤波：自抗扰控制器的关键模块

本文介绍了如何利用Simulink实现跟踪微分器（Tracking Differentiator, TD），这是自抗扰控制器（Autonomous Disturbance Rejection Controller, ADRC）设计的关键部分。自抗扰控制器的设计通常包括三个步骤：跟踪微分器用于合理提取微分，状态扩张观测器用于估计状态和总扰动，以及计算不受限制的控制量。文章重点讨论了TD模块的Simulink实现，尤其是使用M语言编写，以便于后续移植到C语言。 1. **自抗扰控制器的背景与原理** - ADRC控制框架的核心是将复杂的控制系统转化为串联积分标准型，以便更好地处理未知扰动和系统不确定性。 - 对于二阶系统，可以将其转换为具有估算增益误差的状态空间模型，将扰动视为独立的观测状态。 2. **TD微分跟踪器原理** - TD的主要任务是对信号进行预测和滤波，减少相位滞后，相比于一阶低通滤波器和基础的卡尔曼滤波器，它的相位滞后更小。 - TD跟踪微分器通过最速控制综合函数fhan()实现快速和平滑的目标输入跟踪，并能抑制输入噪声。 3. **TD安排过渡过程的原理** - 过渡过程的安排有助于解决系统的超调问题，同时提供噪声抑制。 - 跟踪微分器的输入信号由跟踪信号和微分信号组成，通过速度因子r和滤波因子h调整跟踪速度和噪声滤波效果。 4. **Simulink实现TD** - 在Simulink中实现TD，需要设置合适的参数，如采样周期T，速度因子r和滤波因子h，以达到期望的跟踪性能和噪声抑制。 - 给定的示例参数如2°/2Hz和±0.05，可能对应于TD的特定设计条件，用于模拟或实验中调整跟踪和滤波性能。 通过Simulink中的TD模块，工程师可以直观地设计和测试自抗扰控制器的这一关键部分，从而在实际系统中实现更精确、鲁棒的控制效果。这样的方法特别适用于存在未知扰动和系统参数变化的复杂控制场景，例如伺服控制系统中对摩擦力等外界干扰的处理。