自抗扰控制技术课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2016/11/30,#,自抗,扰控制技术简介,.,.,自抗扰控制技术简介.,1,PID,控制及其优势和缺陷,自抗扰控制技术简介,.,.,PID控制及其优势和缺陷自抗扰控制技术简介.,2,PID,控制器在工业过程控制中占据的主导地位是绝无仅有的。目前，,PID,控制器在运动控制、航天控制及其他过程控制的应用中，仍然占据,95%,以上。,PID,控制,.,.,PID控制器在工业过程控制中占据的主导地位是绝无仅有,3,G.J.Silvs,A.Datta,S.P.Bhattacharyya.New results on Automatic Control,2002,47(2):241-252.,从上文中可以看出，在纸浆和造纸工业中，,PI,控制器的应用甚至超过了,98%,。,PID,控制,.,.,G.J.Silvs,A.Datta,S.P.Bhattac,4,传统,PID,控制的结构如下图：,PID,控制,.,.,传统PID控制的结构如下图：PID控制.,5,PID,控制的优缺点,优势：,“不用被控对象的精确模型，只用控制目标与对象实际行为的误差来产生消除此误差的控制策略的过程控制思想，是,PID,留给人类的宝贵思想遗产，是,PID,控制技术的精髓。”也正是因为这个原因，,PID,控制才能在控制工程实践中得到广泛有效的应用。,靠控制目标于实际行为之间的,误差来确定消除误差的策略。,.,.,PID控制的优缺点优势：靠控制目标于实际行为之间的.,6,PID,控制的优缺点,缺陷：,直接以,e=v-y,的方式产生原始误差。控制目标,v,是有可能产生突变的，而对象输出,y,一定是连续的，用连续的缓变的变量追踪可能跳变的变量本身就是不合理的。,产生,e,的微分信号没有太好的办法。,线性组合不一定是最好的组合方式。,误差信号,e,的积分反馈的引入有很多负作用。,误差的取法,由误差,e,提取,de/dt,的办法,“加权和”策略不一定最好。,.,.,PID控制的优缺点缺陷：误差的取法由误差e提取de/dt的办,7,克服,PID,“缺陷”的具体办法,自抗扰控制技术简介,.,.,克服PID“缺陷”的具体办法自抗扰控制技术简介.,8,克服,PID,“缺陷”的具体办法,(1),安排合适的“过渡过程”；,(2),合理提取“微分,“,跟踪微分器；,(3),探讨合适的组合方法一“非线性,组合”；,(4),探讨“扰动估计办法一“扩张状,态观测器”。,.,.,克服PID“缺陷”的具体办法(1)安排合适的“过渡过程”；,9,什么是自抗扰控制技术,自抗扰控制技术简介,.,.,什么是自抗扰控制技术自抗扰控制技术简介.,10,什么是自抗扰控制技术,自抗扰控制器（,Auto/ActiveDisturbancesRejectionController,，,ADRC,）技术，是发扬,PID,控制技术的精髓并吸取现代控制理论的成就，运用计算机仿真实验结果的归纳和总结和综合中探索而来的，是不依赖被控对象精确模型的、能够替代,PID,控制技术的、新型实用数字控制技术。,.,.,什么是自抗扰控制技术 自抗扰控制器（Auto/Acti,11,自抗扰控制技术的提出者,自抗扰控制技术简介,.,.,自抗扰控制技术的提出者自抗扰控制技术简介.,12,韩京清，朝鲜族,1937,生，系统与控制专家，中国科学院数学与系统科学研究院系统科学研究所研究员、博士生导师,长期从事控制理论与应用研究工作，是我国控制理论和应用早期开拓者之一。,.,.,韩京清，朝鲜族,1937生，系统与控制专家，中国科,13,韩京清先生于,1998,年正式提出自抗扰控制这一思想。在这个思想提出之后，国内外许多研究者都围绕着“自抗扰控制”展开实际工程应用的研究。同时，自抗扰控制的理论分析的研究也在不断的深入。,.,.,韩京清先生于1998年正式提出自抗扰控制这一思想。在,14,自抗扰控制技术的特点和优点,自抗扰控制技术简介,.,.,自抗扰控制技术的特点和优点自抗扰控制技术简介.,15,自抗扰控制技术的特点和优点,自抗扰控制器采用“观测补偿”的方法来处理控制系统中的非线性与不确定性，同时配合非线性的反馈方式，提高控制器的动态性能。,自抗扰控制器算法简单、易于实现、精度高、速度快、抗扰能力强。,统一处理确定系统和不确定系统的控制问题；扰动抑制不需外扰模型或者外扰是否观测；控制算法不需辨识控制对象；统一处理非线性和线性系统；可以进行时滞系统控制；解耦控制只要考虑静态耦合，不用考虑动态耦合等。,.,.,自抗扰控制技术的特点和优点自抗扰控制器采用“观测补偿”的方,16,自抗扰控制器是一种新型非线性控制器，这种控制器基于非线性,PID,控制器发展而来，结合了经典,PID,控制不依赖于对象精确模型的优点及现代控制理论完善的控制系统分析方法，并解决了经典,PID,控制快速性与超调之间的矛盾以及现代控制理论依赖于控制对象模型的局限，因此具有非常广阔的应用前景。自抗扰控制器由跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性反馈控制规律三部分组成，它具有不依赖于被控对象精确模型、动静态性能良好、抗扰动能力强等优点。,.,.,自抗扰控制器是一种新型非线性控制器，这种控制器基于非,17,自抗扰控制器的基本结构,自抗扰控制技术简介,.,.,自抗扰控制器的基本结构自抗扰控制技术简介.,18,ADRC,的组成,非线性跟踪微分器,扩张状态观测器,非线性误差反馈控制律,.,.,ADRC的组成非线性跟踪微分器.,19,ADRC,结构框图,.,.,ADRC结构框图.,20,TD,跟踪微分器最常用的形式为,.,.,TD跟踪微分器最常用的形式为.,21,TD,fhan(z11,z12,r,h),为如下定义的非线性函数,.,.,TDfhan(z11,z12,r,h)为如下定义的非线性函数,22,ESO,设有未知外扰动的不确定对象,上式中,f(x,x,x,(n-1),t),为未知函数，,w(t),为未知外扰，,u,为控制量，,ESO,的形式如下：,.,.,ESO设有未知外扰动的不确定对象上式中 f(x,x,x(,23,NLSEF,根据,fal,函数的特点和现场运行经验适当地选择非线性因子，将极大地改变控制效果，使比例、微分各自发挥出各自的功效。,.,.,NLSEF根据fal函数的特点和现场运行经验适当地选择非线性,24,自抗扰控制技术的应用,自抗扰控制技术简介,.,.,自抗扰控制技术的应用自抗扰控制技术简介.,25,自抗扰控制技术的应用,自抗扰控制技术提出多年以来，在国内外已经得到了大量的应用。在美国，,NASA,空间飞行器太阳能发电稳定装置；飞机喷气发动机控制采用了自抗扰控制技术。在日本，自抗扰控制技术也应用于高精度位移控制、温度控制。在国内，电力系统、化工系统、精密机械加工、军工系统等领域里也成功应用了自抗扰控制技术。,.,.,自抗扰控制技术的应用 自抗扰控制技术提出多年以来，在国,26,.,.,.,27,.,.,.,28,小 节,自抗扰控制器是对,PID,的改进，省去了积分环节，增加了,ESO,以实现对系统内部模型摄动和外部扰动的实时估计，并采用非线性误差状态反馈策略，保留了,PID,控制的优点，克服了其控制精度低的缺陷。,在国内，大多数成果仍处于仿真或简单的实体实验阶段，并且集中低阶系统模型的应用，对高阶系统自抗扰控制器的阶数确定，高阶,ESO,的稳定性证明，控制参数的整定于优化等方面还缺乏深入的研究。,.,.,小 节 自抗扰控制器是对PID的改进，省去了积分环节，,29,参考文献,1,马幼捷,刘增高,周雪松,等,.,自抗扰控制器的原理解析,J.,天津理工大学学报，,2008,24(4):27-30.,2,韩京清,.,从,PID,技术到“自抗扰控制”技术,J.,控制理论与应用,2002,19(4):485-491.,3,韩京清,.,自抗扰控制器及其应用,J.,控制与决策,1998,13(1):19-23.,4,黄一,薛文超,赵春哲,自抗扰控制纵横谈,J,系统科学与数学,2011(9).,.,.,参考文献1马幼捷,刘增高,周雪松,等.自抗扰控制器的原理,30,