自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,简称ADRC)是一种现代控制技术,由中国学者韩京清教授于20世纪90年代提出。这种控制方法的特点是在控制器设计中直接对系统的“总扰动”进行估计并给予补偿,从而提高系统的控制性能。

自抗扰控制的主要内容包括以下几个方面:

  1. 扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO):这是自抗扰控制的核心部分,它不仅能够观测系统的状态,还能对系统的外部扰动和未建模动态进行估计,并将这些扰动视为系统的“扩张状态”。

  2. 非线性组合(Nonlinear Combination):在自抗扰控制中,非线性组合被用来处理系统的不确定性和非线性特性,使得控制律的设计更加简单且有效。

  3. 跟踪微分器(Tracking Differentiator):用于给出期望信号的微分,以便在控制律设计中使用,同时避免了信号噪声的放大。

自抗扰控制的优点如下:

  • 鲁棒性强:由于ADRC直接对扰动进行估计和补偿,因此对于模型不确定性、外部扰动等具有很好的鲁棒性。
  • 设计简单:相比于传统的控制方法,ADRC的设计过程更为简单,不需要精确的数学模型。
  • 性能优越:在许多实际应用中,ADRC能够提供比PID控制更好的动态性能和稳态性能。

自抗扰控制的应用领域非常广泛,包括:

  • 机械系统的控制
  • 化工过程控制
  • 电力系统控制
  • 机器人控制
  • 航空航天器控制
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