為本科生開設自抗擾控制技術相關課程正當其時

趙春哲 熊江 林曉然

1.重慶三峽學院 計算機科學與工程學院,重慶 404100

為本科生開設自抗擾控制技術相關課程正當其時

趙春哲 熊江 林曉然

1.重慶三峽學院 計算機科學與工程學院,重慶 404100

自抗擾控制; 高等教育; 課程

1 開設自抗擾控制相關課程的意義

ADRC技術是中科院韓京清研究員發明的一種非線性控制技術，其目的在于解決復雜工業設備往往帶有強非線性、強干擾，高性能控制難以實現的問題。

圍繞運用ADRC解決工程問題，已有不少研究工作。Google學術搜索中與ADRC有關的條目已有數萬條，國際期刊上與ADRC有關的研究工作也不斷增多。在國外，ADRC已經在多個重要領域得到應用。而國內的多數研究仍處于仿真研究階段，實物、半實物實驗較少。

ADRC技術雖然誕生于國內，卻在我國不夠普及。我國掌握ADRC技術的人員，主要是工作在高校或研究所之內的科研人員。他們的興趣首先在于研究和探索A DR C理論，對應用問題以及ADRC技術的普及興趣有限。此外，我國的公司企業與科研院所之間的聯系不緊密，工業生產一線的技術人員有時不了解甚至不信任來自科研院所的研究成果，難以將新技術轉化為實際產品。

鑒于此，有必要在高等院校開設與A DR C相關課程。此舉順應社會發展的需要，能夠促進ADRC技術的傳播，提升高校畢業生的個人實力，促進ADRC理論的研究和發展，具有非常重大的現實意義。

2 開設ADRC相關課程的條件和方式

2.1 開設ADRC相關課程的基本條件

A DR C的理論分析難度較大，但學習ADRC技術的應用并不困難。學習ADRC，需要微分方程的部分概念，有高等數學基礎就可以理解。再具備基本的控制理論、控制工程或系統理論知識，就可以學習ADRC技術的使用。而我國高校的理工科專業，很多開設了講授控制理論、控制工程或者系統理論的課程。換言之，很多國內高校具備了開設ADRC相關課程的基本條件。

2.2 開設ADRC相關課程的方式

開設ADRC相關課程，效果最好的無疑是獨立開課。具體實施過程中，教材可以選用韓京清研究員的專著《自抗擾控制技術：估計補償不確定因素的控制技術》。這部著作，是韓京清研究員多年理論研究與實踐經驗的總結，也是目前ADRC理論的唯一專著。

講授過程中，第一章可以安排兩個學時，通過剖析PID控制器的工作原理，引出ADRC思想的基本內容。而第二章《跟蹤微分器》的內容在教材中相對獨立，課時安排也比較靈活，對于多數專業，用四個課時左右即可掌握最基本的跟蹤微分器設計方法。如果需要深入研究跟蹤微分器的濾波功能，可自行增加課時。第三章介紹ADRC思想中的重要組成，非光滑反饋。由于非光滑反饋技術具有一定難度，所以建議在講授時以介紹和演示為主，兩個學時就夠。一般說來，擴張狀態觀測器是自抗擾控制器的核心組件，第四章《擴張狀態觀測器》也是本課程的重要教學內容，在這一章應投入六個學時以上。第五章的內容非常豐富。它包含了非線性PID控制器的一些內容；也介紹了ADRC的設計技巧和設計思路。因此，本章的課時安排也是非常靈活。如果只介紹最基本的ADRC設計方法，四個課時就夠了，如果想介紹非線性PID等其它內容，就需要增加課時的投入。第六章《自抗擾控制器的應用》中給出了大量的自抗擾控制設計范例，幾乎包含了全部的自抗擾控制經典應用，建議在這一章至少要選講四個以上具體的算例，投入八個以上的課時，讓學生將前面的理論知識投射到解決應用問題上。有條件的可以進一步增加課時，或者設置實驗課時予以配合。

綜上，獨立開設ADRC相關課程，需要26～28以上的理論課時，如果條件允許，還應該設置實驗課時，或者根據專業需要增加特定環節的課時。這無疑會對現有的課程體系產生一定影響。

事實上，有一種對現有課程體系幾乎沒有影響的方式，就是在現有的控制理論、控制工程、系統理論、數學實驗、單片機開發或者其它相關課程中，插入與ADRC有關的內容。具體而言，可以用2到4個學時，講授ADRC技術的基本思想、適用場合、特色、優勢，以及自抗擾控制器設計的基本方法，并鼓勵學生在課下積極實踐。這種方式的優點在于靈活簡便，對現有課程體系影響最小，而且可以不改變現有教材，將ADRC相關內容作為補充知識進行講解。但是，這種方式僅能讓學生初步了解ADRC技術，如果他們希望熟練使用ADRC技術，還需要經過刻苦認真的自學。

最后，在某些舉辦暑期講座或者“小學期”等教學活動的高等院校，也可以采取一種介于上述兩種方式之間的開設方法，就是在小學期內開課講授ADRC技術。這種方式，對課程體系影響不大，又可以保證一定數量的課時，是一種折中的做法。具體實施中，可以以第一種開課方式為藍本，進一步壓縮理論內容，以保證講授技術內容的課時。

3 結語

在高等院校開設ADRC相關課程順應社會發展的需要，能促進ADRC技術的傳播，提升高校畢業生的實踐能力和競爭實力，會促進自抗擾控的理論發展和工業應用，為系統科學、控制理論等學科培養后備人才。對高等院校本身而言，開設ADRC相關課程，還可以造就一批熟悉ADRC思想的教師，促進系統科學、數學、自動控制、過程控制等多個理工類學科的共同進步，大有可能形成一個富有活力的研究方向。

[1]韓京清. 從PID技術到自抗擾控制技術[J]. 控制工程, 2002, 9(3): 13～18.

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[3]韓京清. 自抗擾控制器及其應用[J]. 控制與決策,1998, 13(1): 19～23.

[4]馬幼捷, 劉增高, 周雪松,等. 自抗擾控制器的原理解析[J]. 天津理工大學學報,2008,24(4)：27～30.

[5]黃一, 薛文超, 趙春哲. 自抗擾控制縱橫談, 系統科學與數學，2011,31(9)：1111～1129

[6]科學院數學與系統科學研究院, 2011.

[7]韓京清. 自抗擾控制技術: 估計補償不確定因素的控制技術[M]. 北京: 國防工業出版社, 2008.

Zhao Chunzhe Xiong Jiang Lin Xiaoran

School of Computer Science and Engineering, Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404100, China

基于擴張狀態觀測器的自抗擾控制 (ADRC)技術，是中科院韓京清研究員發明的一種非線性控制技術，在國際國內得到了廣泛的應用，前景非常廣闊。在高等院校開設自抗擾控制相關課程順應社會發展的需要，能夠促進自抗擾控制技術的傳播，提升高校畢業生的實踐能力和競爭實力，有助于促進自抗擾控的理論發展和工業應用，為系統科學、控制理論等學科培養后備人才。

A

趙春哲(1983－),男,博士, 講師, 研究領域為系統建模與控制理論,導航制導與控制。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.097