自抗擾控制器設(shè)計(jì)

朱家興 符玉珊

摘 要：本文分析研究自抗擾控制器（ADRC）的基本原理及其發(fā)展過程，除了包括深入分析自抗擾控制器（ADRC）的基本框架和各模塊的具體形式之外，還包含自抗擾控制器的設(shè)計(jì)問題。自抗擾控制器（ADRC）能完成參數(shù)整定的基本理論及其參數(shù)整定的方法，在論文中的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器（ESO）這一模塊則選擇了單純型法進(jìn)行參數(shù)整定，另外兩個(gè)模塊則用算法進(jìn)行整定。

關(guān)鍵詞：自抗擾控制器（ADRC）;擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器（ESO）;參數(shù)整定;仿真

1 緒論

本文采用理論與仿真相結(jié)合的方法，研究分析了自抗擾控制技術(shù)的基礎(chǔ)原理、基本框架和各模塊形式，著重分析自抗擾控制器參數(shù)整定的理論、自學(xué)參數(shù)整定的方法。

2 自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)

自抗擾控制器分別由跟蹤微分器（TD）、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器（ESO）、非線性狀態(tài)誤差反饋（LSEF）這三部分組成。跟蹤微分器（TD）除去可以跟蹤參考輸入信號(hào)v（t）和安排預(yù)期過渡過程這兩個(gè)作用之外。擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器（ESO）的用處是能使系統(tǒng)對(duì)象的狀態(tài)變量估計(jì)值和系統(tǒng)模型及擾動(dòng)因子的總和作用的估計(jì)值，然后其作用能使被控對(duì)象變?yōu)椤胺e分器串聯(lián)型”。

3 自抗擾控制器的設(shè)計(jì)

經(jīng)過編程，分別創(chuàng)建跟蹤微分器 TD 的 S-函數(shù)TD、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器 ESO 的 S-函數(shù) ESO、非線性狀態(tài)誤差反饋律NLSEF 的 S-函數(shù) NLSEF，將其進(jìn)行組合得到一個(gè)ADRC系統(tǒng)。自抗擾控制系統(tǒng)（ADRC）的仿真框圖如圖1。

4 自抗擾控制器的參數(shù)整定

4.1 跟蹤微分器的參數(shù)整定

在自抗擾控制器中，跟蹤微分器（TD）的作用一般有兩個(gè)：第一個(gè)是給出輸入信號(hào)v的理想過渡過程信號(hào)v1，作用是起到柔化并且不光滑的輸入信號(hào)的作用，在這里它能減少控制過程輸出的超調(diào)和振蕩。

4.2 狀態(tài)擴(kuò)張觀測(cè)器的參數(shù)整定

根據(jù)計(jì)算，取初值k1=10，k2=20，k3=30，b0=1，尋優(yōu)200步，最后得到的結(jié)果為21.5，103.22，226，10，然后再取參數(shù)20，100，220，10，得到系統(tǒng)的階躍曲線如圖3所示。

4.3 反饋控制律（NLSEF）的參數(shù)整定

二階非線性反饋控制律（NLSEF）當(dāng)中的參數(shù)k1和k2，它們的整定也與PID控制器的整定類似。減小系統(tǒng)的靜態(tài)誤差可以增大k1，并且提高精確性，但是這樣有可能使動(dòng)態(tài)性能變壞，從而引起震蕩，甚至有可能造成不穩(wěn)定。對(duì)于k2而言，增大k2，這樣可以在一定程度上提高系統(tǒng)的跟蹤精度，使系統(tǒng)的動(dòng)作速度加快，從而改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，最后能夠達(dá)到很好的跟蹤效果。針對(duì)k1和k2，由于系統(tǒng)性能的影響是通過微分信號(hào)造成的，在選擇參數(shù)時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)考慮k2，且大多數(shù)都是使k2大于k1（k2>k1）。

5 總結(jié)

本文主要研究了自抗擾技術(shù)，通過自抗擾控制的基本原理和各模塊形式，形成了自抗擾控制器（ADRC），利用Simlink建立了自抗擾控制器的模型，進(jìn)行了參數(shù)的整定，最后在通過仿真來驗(yàn)算算法的有效性。

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