news 2026/4/16 23:11:15

5.2 自抗扰控制 (ADRC)

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张小明

前端开发工程师

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5.2 自抗扰控制 (ADRC)

5.2 自抗扰控制 (ADRC)

自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control, ADRC)是由韩京清研究员于1998年提出的一种不依赖被控对象精确数学模型的新型控制技术[reference:0]。其核心思想是将系统的模型不确定性、内部参数摄动以及外部负载变化等所有影响统一定义为“总扰动”,通过一个名为扩张状态观测器(ESO)的环节对其进行实时估计并主动补偿,从而实现动态解耦和强鲁棒性[reference:1]。在永磁同步电机(PMSM)这类多变量、强耦合、非线性系统中,ADRC展现出超越传统PI控制的优势,特别是在应对负载突变、参数漂移等复杂工况时,能显著提升系统的动态响应速度和抗干扰能力[reference:2]。

5.2.1 ADRC的核心思想与结构

经典的ADRC控制器主要由三个核心组件构成:安排过渡过程的跟踪微分器(TD)、负责扰动估计的扩张状态观测器(ESO)以及进行误差反馈控制的非线性状态误差反馈律(NLSEF)。其基本结构如图1所示。

被控对象PMSM

ADRC控制器

v1

v2

输出y

控制量u0

扰动估计z_n+1

状态估计z1...zn

最终控制量u

跟踪微分器TD

扩张状态观测器ESO

非线性状态误差反馈NLSEF

Plant

总扰动

给定信号r

Sum

图1:自抗扰控制(ADRC)基本结构框图

5.2.1.1 跟踪微分器 (TD)

跟踪微分器的主要作用是为给定的参考信号r(t)r(t)r(t)安排一条光滑、快速的过渡过程v1(t)v_1(t)v1(t),并同时给出其微分信号v2(t)v_2(t)v2(t)。这有助于避免因参考信号阶跃变化导致的控制量急剧变化,从而抑制超调。一个典型的离散非线性TD设计如下:

{ v1(k+1)=v1(k)+h⋅v2(k)v2(k+1)=v2(k)+h⋅fhan(v1(k)−r(k),v2(k),r0,h0) \begin{cases} v_1(k+1) = v_1(k) + h \cdot v_2(k) \\ v_2(k+1) = v_2(k) + h \cdot \text{fhan}(v_1(k)-r(k), v_2(k), r_0, h_0) \end{cases}{v1(k+

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