PDF《时滞系统的自抗扰控制综述》

第30 卷第

12 期2013 年12 月控制理论与应用Control Theory &

Applications Vol.

30 No.

12 Dec.

2013 时时时滞 滞 滞系 系 系统 统 统的 的 的自 自 自抗 抗 抗扰 扰 扰控 控 控制 制 制综 综 综述 述述DOI: 10.7641/CTA.2013.31058 王丽君? , 李擎, 童朝南, 尹怡欣 (北京科技大学 自动化学院, 北京 100083;

钢铁流程先进控制教育部重点实验室, 北京 100083) 摘要: 时滞系统的控制一直是具有挑战性的普遍问题, 而自抗扰控制思想近年来被广泛地应用于时滞系统中. 在 简要概述自抗扰控制原理的基础上, 介绍了应用自抗扰控制思想解决时滞系统问题的常用设计方法, 总结了自抗扰 控制器的参数整定方法. 最后, 对今后的进一步研究进行了展望. 关键词: 自抗扰控制;

时滞;

整定 中图分类号: TP273 文献标识码: A Overview of active disturbance rejection control for systems with time-delay WANG Li-jun?, LI Qing, TONG Chao-nan, YIN Yi-xin (School of Automation &

Electrical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China;

Key Laboratory of Advanced Control of Iron and Steel Process, Ministry of Education, Beijing 100083, China) Abstract: The control for systems with time-delay is a widely recognized challenging issue. Recently, the solutions are widely used for time-delay systems based on active disturbance rejection control (ADRC) methodology. On the basis of the principle of ADRC, some design methods of ADRC for time-delay systems are reviewed. Then some tuning methods of active disturbance rejection controller are introduced. Finally, the application prospect is pointed out. Key words: active disturbance rejection control;

time-delay;

tuning

1 引引引言 言言(Introduction) 化工、 炼油、 冶金、 电站、 制药和造纸等工业生产 过程及其他实际系统广泛存在着时滞现象, 如状态时 滞、 输入时滞、 传输时滞或输出测量时滞、 容积时滞 等. 由于时滞的存在, 使得被控量不能及时反映系统 所承受的扰动, 产生明显的超调和较长的调节时间, 甚至造成系统的不稳定. 因此, 时滞系统(time-delay systems, TDS)被公认为较难的控制系统. 对时滞系统的研究一直是控制关注的热点之一, 国内外学者提出了许多克服时滞影响的控制方案. 然 而面对日益复杂的系统, 如具有大时滞、 非线性、 时变、 随机不确定性、 多变量耦合等特征, 很难建立精确 的数学模型, 限制了现有的控制理论及方法在实际系 统中的应用, 因此, 在实际中不依赖于模型的PID控制 仍然占据主导地位. 但随着科学技术的飞速发展, PID控制已经难以满足高精度、 高速度以及环境变化 适应能力的要求. 韩京清先生在发扬PID控制的技术精髓―C 基于 误差来消除误差 , 并吸取现代控制理论成就的基础 上, 于1998 年正式提出的自抗扰控制(active dis- turbance rejection control, ADRC)思想, 是一种可以解 决具有大范围及复杂结构(非线性、 时变、 耦合等)不 确定系统控制问题的有效方法[1] . 其核心思想是以简 单的 积分器串联型 作为反馈系统的标准型, 把系 统动态中异于标准型的部分视为 总扰动 (包括内 扰和外扰)[2] , 对 总扰动 进行估计, 并主动补偿 总 扰动 对系统的影响, 从而把充满扰动、 不确定性和 非线性的被控对象线性化为标准型, 使得控制系统的 设计从复杂到简单、 从抽象到直观. ADRC 技术主要包括: 跟踪微分器(tracking differentiator, TD)、 扩张状态观测器(extended state observer, ESO)、 状态误差反馈(state error feedback, SEF)控制律等[3] . 由于这3个部分的选取方法可以有 很多不同形式, 因此在这个统一的结构框架下, 根据 不同对象的需求, 可以构造出上百种不同的ADRC. 为了有所区别, ADRC中各部分若含有非线性环节, 也可称为非线性ADRC(nonlinear ADRC, NADRC);