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自抗扰控制器的发展

一、概述

自抗扰控制器(ActiveDisturbanceRejectionController,

简称ADRC)作为一种新型的非线性控制策略,近年来在控制领域引

起了广泛关注。其核心理念是将系统中的内扰和外扰视作未知干扰项,

通过实时估计和补偿这些干扰,从而实现对系统的有效控制。自抗扰

控制器不仅继承了经典PID控制不依赖于对象精确模型的优点,同时

也融入了现代控制理论的分析方法,解决了PID控制中快速性与超调

性之间的矛盾,以及现代控制理论对控制对象模型过度依赖的问题。

自抗扰控制器的核心组成部分包括跟踪微分器、扩张状态观测器

以及非线性状态误差反馈控制律。跟踪微分器负责安排过渡过程并给

出合理的控制信号;扩张状态观测器则用于观测系统的未建模动态和

未知外扰,并进行实时补偿;非线性状态误差反馈控制律则根据系统

的状态误差给出相应的控制策略。这些组件协同工作,使得自抗扰控

制器在处理复杂非线性系统和不确定性因素时表现出优越的性能。

自抗扰控制器自提出以来,经过多年的理论研究和实际应用验证,

已经在伺服系统、励磁控制、电力电子系统、抗震减震系统等多个领

域取得了显著的应用成果。其优点在于不依赖于被控对象的精确模型,

动静态性能良好,抗扰动能力强,且算法简单易于实现。

随着工业技术的不断发展和控制系统性能要求的提高,自抗扰控

制器的研究和应用将进一步拓展和深化。我们可以期待自抗扰控制器

在更多领域发挥重要作用,为控制系统性能的提升和智能化发展贡献

力量。

1.控制系统的重要性与挑战

在现代工业、交通、医疗、军事等领域中,控制系统的应用无处

不在,其重要性不言而喻。控制系统能够实现对被控对象的精确、快

速和稳定控制,从而提高生产效率、降低能耗、提升产品质量,并在

某些情况下保证人员安全和设备稳定运行。控制系统的性能直接关系

到整个系统的运行效果和经济效益。

随着科技的快速发展和应用的不断深化,控制系统面临着越来越

多的挑战。被控对象往往具有非线性、时变、不确定性等复杂特性,

这使得传统的控制方法难以取得理想的控制效果。现代控制系统对实

时性、鲁棒性、自适应性等性能要求越来越高,需要控制系统具备更

强的抗干扰能力和更灵活的控制策略。

自抗扰控制器(ADRC)作为一种新型的控制方法,以其独特的抗

扰动性能和自适应性受到了广泛关注。自抗扰控制器通过对被控对象

的不确定性和扰动的估计与补偿,实现了对复杂系统的有效控制。研

究自抗扰控制器的发展对于提升控制系统的性能、应对挑战具有重要

意义。

2.自抗扰控制器的提出与意义

自抗扰控制器的提出,源于对传统控制理论在面临不确定性、干

扰以及非线性等问题时所表现出的局限性的深刻认识。传统的控制方

法往往依赖于对系统精确模型的建立,然而在实际应用中,由于系统

参数的变化、外部干扰的存在以及非线性特性的影响,往往难以获得

完全准确的系统模型。一种能够自主适应系统变化、抵抗干扰并优化

控制效果的新型控制器——自抗扰控制器应运而生。

自抗扰控制器的核心思想在于通过对系统内部和外部干扰的实

时观测与补偿,实现对系统状态的精确控制。它不再过分依赖于对系

统模型的精确描述,而是通过扩展状态观测器等技术手段,实时估计

并补偿系统的不确定性和干扰,从而确保控制目标的稳定实现。

自抗扰控制器的提出具有重要的理论意义和实践价值。在理论层

面,它突破了传统控制理论对于系统模型精确性的依赖,为控制系统

的设计提供了一种更为灵活和通用的方法。在实践层面,自抗扰控制

器在诸多领域中都展现出了优越的性能,如航空航天、工业自动化、

机器人控制等。它能够有效应对各种复杂环境和不确定性因素,提高

系统的鲁棒性和稳定性,从而确保控制目标的精确实现。

随着科学技术的不断进步和工程应用的日益复杂,自抗扰控制器

的研究与应用将会越来越广泛。我们可以期待自抗扰控制器在更多领

域发挥重要作用,为控制系统的设计与优化提供更为有效的解决方案。

3.文章目的与结构安排

本文旨在全面梳理自抗扰控制器的发展历程,分析其技术特点、

应用领域以及未来的发展趋势。通过对自抗扰控制器的深入研究,旨

在为读者提供一个清晰、系统的认识,并为相关领域的研究和应用提

供有价值的参考。

在结构安排上,本文首先介绍自抗扰控制器的基

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