PDF《时滞系统的自抗扰控制综述》

反之, 若均设计为线性环节, 则称为线性ADRC(linear 收稿日期: 2013?10?11;

收修改稿日期: 2013?12?24. ?通信作者. E-mail: [email protected];

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中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(FRFCASC11C004B, FRFCSDC12C008B);

北京市重点学科共建项目(XK100080537).

1522 控制理论与应用第30 卷ADRC, LADRC)[4] . 由于ADRC不依赖于精确的对象模型, 并具有抗 干扰能力强、 精度高、 响应速度快、 结构简单等特 点[5] , 得到了国内外学者广泛而深入的应用研究, 如 非圆车削中快速刀具伺服系统的精密跟踪控制[6] 、 无 刷直流伺服电机的低速摩擦补偿[7] 、 典型分数阶系 统[8] , 机器人无标定手眼协调[9] 、 异步电机调速系 统[10] 、 微机电系统(micro-electro-mechanical systems, MEMS)或微机械陀螺仪[11] 、 化工过程精馏塔[12] 、 飞 行器控制[13] 、 刚体航天器姿态跟踪[14] 、 永磁同步电 机调速系统[15] 、 柔性关节系统[16] 、 超导加速器谐振 腔控制[17] 、 化工过程连续搅拌反应釜(continuous stirred tank reactor, CSTR)[12] 、 电站机炉协调控制[18] 、 气化炉控制系统[19] 等. 另外, 将ADRC设计思想应用于时滞系统, 也取得 了良好的控制效果, 如一阶惯性加大纯时滞[3,20C22] 、 二阶惯性加大纯时滞[23C25] 、 三阶惯性加大 纯时滞[26] 、 积分加大纯时滞[21,27] 、 非最小相位加大 纯时滞[21C22] 等单输入单输出(single-input single- output, SISO)对象;

多输入多输出(multi-input multi- output, MIMO)时滞系统的自抗扰解耦控制[28C32] 、 串 级控制系统[25,33] 、 不确定输入纯时滞[34] 、 非线性时 滞对象[28] 及实时仿真平台[35] 、 四容水箱[35] 等实验装 置的容积时滞. 与应用研究相比, ADRC的理论研究则经历了一 个艰难的发展过程. 这个困难的原因是由于其思想的 宏大: 允许不确定对象可以是非线性、 时变、 多输入多 输出强耦合, 扰动或指令信号可以是不连续的, 控制 器可以是一般的非线性结构. 近年来, 自抗扰控制应 用研究成果的不断涌现推动了理论研究的逐步展开, 如TD的收敛性[36C37] 、 ESO对扰动的跟踪性能[38] 、 估 计能力[39] 、 收敛稳定性[40C41] ;

线性降阶ESO的估计收 敛性[42] ;

自抗扰控制SISO, MIMO 系统的收敛性[43C44] ;

线性ADRC闭环系统动态及稳态性能分 析[42] ;

线性ADRC对非线性不确定系统的控制能 力[45] ;

具有参数在线估计的ADRC闭环系统性能分 析[46] 等. 但时滞系统的ADRC理论分析仍旧是一个具 有挑战性的问题. 目前, 已有多名学者从不同角度对自抗扰控制思 想及方法进行了综述. 文[47]以自抗扰控制器的发展 为线索, 对其中蕴涵的思想做了一个系统的阐述. 文[48]则剖析了自抗扰控制思想对解决不确定系统控 制问题的贡献以及相关理论分析的研究进展. 文[2]从 思想方法上剖析了自抗扰控制思想处理非线性不确 定控制问题的独到之处, 并介绍了最新的理论分析研 究进展. 文[49]比较了包括TD在内的几种主要微分 器. 文[50]阐述了ADRC与几类基于扰动观测器(dis- turbance observer, DOB)控制方法间的相似性. 文[51] 概括了应用ADRC思想解决工业控制问题中的研究成 果, 并结合滑模控制(sliding mode control, SMC)和ADRC的优点, 给出了复合控制(compound control, CC)的思想. 文[52]介绍了克里夫兰州立大学先进控 制技术研究中心在ADRC思想解决钢铁行业控制问题 中的研究成果. 文[53]概括了ADRC思想在钢铁行业 中的研究成果. 本文拟在介绍ADRC基本结构及基本原理的基础 上, 主要从ADRC思想应用于时滞系统的角度出发, 针对国内外相关的研究进行梳理, 重点对应用ADRC 思想解决时滞问题的主要设计方法、 参数整定方法进 行综述, 并指出了今后需要进一步研究的问题和发展 方向.