自抗扰控制(ADRC)原理与改进：克服PID缺陷

"ADRC的产生-自抗扰控制介绍" 自抗扰控制(Adaptive Disturbance Rejection Control, ADRC)是由韩京清教授针对传统PID控制的不足提出的一种新型控制理论。在PID控制中，存在一些固有的问题，如以e=v-y的方式直接产生误差信号不合理，误差信号e的微分难以精确实现，线性组合可能不是最优选择，以及积分项可能导致系统响应迟钝、振荡和控制量饱和。 ADRC的主要特点在于它不仅考虑了系统误差的控制，还关注系统内部和外部扰动的抑制。其结构通常包括以下几个部分： 1. **跟踪微分器(TD)**：这是对PID中微分环节的改进，目的是更准确地估计系统的动态变化，避免微分噪声和超调。跟踪微分器的设计使得即使在目标v突然改变时，也能平滑地调整输出y的速率，使其能够快速跟踪v的变化。 2. **扩张状态观测器(ESO)**：ADRC的关键组件之一，它可以实时估计系统的状态变量和未知扰动，从而提供一个全面的系统状态信息。通过观测器，系统可以在线适应参数变化和外部干扰，实现抗扰动性能。 3. **非线性反馈**：在ADRC中，通过非线性反馈来增强系统的鲁棒性，确保系统在各种工况下都能稳定运行。这种反馈设计考虑了系统内部非线性特性，以提高控制精度和响应速度。 4. **参数整定方法**：ADRC的一个优点是具有相对简单的参数整定规则。相比于PID控制，ADRC的参数调整更注重于系统的动态性能，而不是静态性能，这使得在不同条件下进行控制器参数优化变得更加直观和高效。 在实际应用中，ADRC已被广泛应用于各种工业控制领域，如机械、电力、化工等，展现出良好的控制效果和抗干扰能力。与传统的PID控制相比，ADRC可以提供更快的响应速度，更小的超调，以及更好的稳定性，尤其在面对不确定性、时变和非线性系统时表现突出。 ADRC是针对PID控制的局限性而发展起来的一种先进控制策略，通过更全面的状态观测和更智能的反馈设计，实现了对系统动态性能的精细控制，增强了系统对内外扰动的抑制能力。这一技术的出现，为现代工业控制提供了新的解决方案，对于提升控制系统的性能具有重要意义。