基于频域模型的adrc参数整定及其在精密控制中应用研究

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1、硕士学位论文基于频域模型的ADRC参数整定及其在精密控制中应用研究作者姓名：左丹指导教师：唐涛副研究员中国科学院光电技术研究所学位类别：工学硕士学科专业：信号与信息处理研究所：中国科学院光电技术研究所二零一六年三月ActiveDisturbanceRejectionControllerTuningandItsApplicationtoPrecisionControlBasedonFrequencyModelBy[ZuoDan]ADissertationSubmittedtoUniversityofC

2、hineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofScienceInstituteofOpticsandElectronicsChineseAcademyofScienceMarch,2016致谢三年的求学时光即将结束，在这三年中，我学到了知识，增长了见识。值此成文之际，我想向所有给我启发、鼓励、帮助的人们表示最真诚的感谢。首先，我要衷心地感谢我的导师唐涛副研究员一直以来对我的悉心指导和教

3、诲。您渊博的知识、开阔的视野、勤奋敬业的精神，都深深地感染着我。从论文的选题、研究方案的确立、具体问题的解决到论文的撰写和修改，都倾注了老师大量的心血。“多与身边的人交流课题研究中遇到的问题”，是您的谆谆教诲，让我懂得了在专业领域要打开思路，放宽眼界。唐老师为人真诚善良、温和谦虚，是我生活中学习的榜样。感谢老师在我困惑的时候，给我温暖鼓励的话语，让我更有信心朝着目标努力前进。衷心感谢光束控制重点实验室的黄永梅研究员、付承毓研究员、汪红曼副研究员、李锦英副研究员以及张桐副研究员在课题研究中给予的关心和

4、帮助，让我的论文工作能更加顺利地进行。感谢室里的黄金老师和赵娥老师，感谢研究生部的廖俊莉老师、胡琛老师、朱文老师，谢谢你们对研究生的支持和关怀！感谢同在第一研究室学习的同学们，你们的陪伴给科研生活增添了一抹亮丽的色彩。感谢博士研究生蔡华祥、王红举、李力行、苏艳蕊、杨发盛以及硕士研究生苏娜娜、张晶、殷娣娣、陈玉林、许晓亮、孙文、郭港，感谢你们在学习和生活中给予的关心和帮助！感谢同寝室的姐妹们，在生活中我们互相关心、互相鼓励，让我倍感温暖。能与你们一起生活是我人生中一大幸事。谢谢你们带给我快乐，愿我们的

5、友谊天长地久！感谢我的家人，是你们的关爱支撑着我顺利完成学业！特别感谢颜坤的鼓励和陪伴，谢谢一直以来的包容和理解！感谢帮助过我的每一个人！在这里祝愿你们身体健康、生活幸福！左丹2016年3月I摘要跟踪精度是衡量光电精密控制系统性能的一项重要指标。为了提高系统的跟踪性能，本文重点研究了自抗扰控制器（AutoDisturbanceRejectionControl,ADRC)在精密控制系统中的应用。包括系统模型建立、ADRC参数整定、ADRC在速度环中的应用以及在多闭环控制结构中的应用等几个重要研究部分。

6、旨在从被控对象频域角度出发，找到一种有效的ADRC参数整定方法，并将设计好的ADRC应用于精密控制系统，提高系统的跟踪精度。论文首先建立了光电精密控制系统的数学模型，并通过系统辨识方法得到了被控对象的传递函数。基于被控对象的频域模型，本文结合二阶线性ADRC对其进行分析，通过引入控制器带宽和观测器带宽，大大减少了需要整定的c0参数个数。给出了各个参数的整定方法，并对参数整定过程进行了总结。在参数整定过程中，找到了参数b与系统谐振频率存在一定的数学关系，为参数b的整定带来了便捷。并通过仿真分析，验

7、证了参数整定方法的正确性。在精密控制系统中，速度闭环非常重要。高性能的速度闭环，不仅能消除系统的扰动，还能为位置环提供良好的对象特性。将基于上述方法整定的ADRC用于精密控制系统的速度环以克服系统内部的不确定因素，并与PI控制器的控制效果作对比。实验结果表明，在输入条件一致的情况下，ADRC能减小系统的换向误差，能获得更好的控制效果。在大多数控制系统中，普遍采用多闭环控制结构来提高系统的响应精度以及响应时间。本文对原始ADRC的控制律作了改进，提出了一种基于PI控制律的改进型ADRC，并将其应用于精

8、密控制系统的多闭环控制结构（包括速度环和位置环）中，对其位置跟踪性能进行分析。分别进行了两个串级控制实验：速度环采用ADRC+位置环采用PID，速度环采用ADRC+位置环采用ADRC。实验结果表明，基于PI控制律的改进型ADRC能减小系统的跟踪误差，提高系统的跟踪精度，具有较好的抗干扰能力。本文研究结果显示了ADRC在精密控制系统中具有一定的应用前景。关键词：自抗扰控制器，参数整定，精密控制系统，跟踪精度IIABSTRACTTrackingaccuracyisanim