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1、《前沿科学》季刊2007·1总第1期FrontierScience自抗扰控制技术◆韩京清(北京前沿科学研究所,北京100029)摘要:本文提出了解决控制问题的新思路:“解决控制问题是在系统运行过程中施加控制力来达到控制目的的过程的控制”的思想;介绍了如何从“发扬经典PID技术的精髓,吸取现代控制理论成果,开发利用非线性特性,通过计算机平台上的仿真研究”中产生自抗扰控制技术的全过程;并介绍组成自抗扰控制技术主要子技术:跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性反馈效应和几个有用的非线性函数。关键词:自抗扰控制,跟踪微分器,扩张状态观测器,非线性控
2、制,鲁棒性AutoDisturbancesRejectionControlTechniqueAbstract:Itisimperativetounderstandthatacontrolproblemissolved,oradesignobjectiveismet,byim-posingcontrolactiononadynamicprocess,whileitoperates.Inthissense,theproblemisaboutthecontrolofaprocess.Tothisend,thepaperputsforwarda
3、newparadigm:ActiveDisturbanceRejectionControl(ADRC).Discoveredanddevelopedonacomputersimulationplatform,ADRCistheembodimentofthequintessenceofthedominatingPIDtechnology,thefruitsofdecadesofprogressinmoderncontrol,andthedeliberatecultivationofnonlinearcontrolmechanisms.Te
4、chnologywise,ADRCconsistsoftheTrackingDifferentiator,theExtendedStateObserver,theNonlinearFeedbackMechanismsandsomenonlinearfunctions,allofwhichhavebeenexten-sivelyusedinengineeringapplications.本文简单介绍了自抗扰控制技术和它是如何从经典的的理论和设计方法。PID控制技术演变出新型实用控制技术的基本想法和关以状态变量描述为基础的现代控制系统理论是
5、把上述键技术。自抗扰控制器(Auto/ActiveDisturbances局部传递特性的改造过程转化为用状态反馈实现极点配置RejectionController,ADRC)技术,是发扬PID控制技等来改善全空间(或全局)动态特性的问题。这样,便形术的精髓并吸取现代控制理论成就,运用计算机仿真试成了以全局动态特性的改造来实现控制目的的理论框架。验结果的归纳和综合中探索出来的,是不依赖于被控对既然立足于全局动态特性的改造,就得借用整个经典的和象精确模型的、能够替代PID控制技术的、新型实用数现代的动力学系统理论工具,于是,矩阵理论、微分几
6、何字控制技术。理论都涌入了控制理论界,发展构筑了丰富多彩的“现代控制理论大厦”。一、控制理论与控制工程的脱节现象在这里,采用的主要手段是“状态反馈”,要解决的在经典控制理论时期,发展了把对象在运行点附近的关键问题是被改造了的闭环动态特性的稳定性问题,闭局部动态特性——开环传递特性改造成期望的闭环传递特环动态稳定了才能实现控制目的,我们把这种利用全局性(当然也是运行点附近的局部动态特性)来实现控制目动态特性的改造来实现控制目的的方法称之为“全局控!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
7、!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!作者简介:!韩京清,莫斯科大学数学力学系研究生,曾任中科院数学与系统科学研究院研究员,现为北京前沿科学研究所研究员。研究领域为控制理论及其应用,是自抗扰控制技术的创始人,正在从事自抗扰控制技术及其应用方面的研究。24《前沿科学》季刊2007·1总第1期FrontierScience制”方法。显然这个微分方程是稳定的,从而有e(t)"0,于是达到了实现控制目的的这种全局控制方法的框图表示如下控制的目的y(t)"%(t)。(以二阶被控对象为例):这个过程并不着眼于全
8、局动态特性的改造,而着眼于过程中的输入-输出量和控制目标的信号处理和控制目标与对象输出之间误差的“误差反馈”,因此我们把这样的控制过程称作“过程的控制”。实现这种过程控制的图1框图如下:这里的控制器需要利用
