自抗扰控制(ADRC)详解：带宽调参与应用

本文主要介绍了带宽调参法在自抗扰控制（ADRC）中的应用，探讨了ADRC产生的背景、结构、过渡过程的安排、扩张状态观测器以及参数整定方法。 自抗扰控制（Autonomous Disturbance Rejection Control，简称ADRC）是一种先进的控制理论，它旨在克服传统的PID控制的局限性。ADRC的核心思想是通过扩展状态空间模型，将系统内部的不确定性和外部扰动动态地纳入控制设计中，从而实现对系统性能的有效改善。 1. ADRC的产生：PID控制器在处理误差信号时存在一些问题，如直接基于误差e（v - y）不合理，微分信号的近似实现困难，线性组合可能不是最优选择，且积分项可能导致系统响应迟钝、振荡和控制量饱和。 2. ADRC的结构：ADRC控制系统包含扩张状态观测器、非线性反馈等组件。其框图显示了一个完整的自抗扰控制结构，其中包含了误差信号的处理、系统状态的实时估计和非线性补偿。 3. 安排过渡过程：过渡过程的安排是为了优化系统响应。直接使用误差e作为控制输入可能导致初始时刻的超调。通过引入跟踪微分器，可以更平滑地控制系统的过渡过程，减少超调并提高系统的跟随性能。 4. 扩张状态观测器：ADRC的关键组成部分，它能够估计系统未直接测量的状态变量，从而提供全面的系统信息，帮助控制器更准确地应对系统变化和外部扰动。 5. 非线性反馈：ADRC采用非线性反馈策略，通过对系统动态的精确建模，补偿系统的非线性特性，增强控制效果。 6. 参数整定方法：ADRC允许通过调整控制器的参数来优化系统性能，包括带宽参数的调整，以适应不同的控制需求和系统条件。参数整定通常需要根据系统的动态特性进行，以达到最佳的控制效果。 7. 应用：ADRC技术已广泛应用于各个领域，如航空航天、电力系统、机械制造等，因其强大的抗干扰能力和鲁棒性，被越来越多的工程师所采纳。 通过对比不同参数设置下的系统过渡过程，例如改变对象参数或控制器参数，可以看到ADRC如何通过调整这些参数来改善系统性能，减少超调，提高响应速度和稳定性。例如，当对象参数或控制参数发生变化时，系统的输出响应会有显著差异，这突显了参数整定在实际应用中的重要性。 总结而言，带宽调参法在自抗扰控制中的应用是通过对系统动态的深入理解和参数优化，实现对复杂系统控制性能的大幅提升，解决了传统PID控制在应对不确定性及扰动时的不足。