从pid技术到“自抗扰控制”技术

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1、维普资讯http://www.cqvip.com20O2年5月控制工程Mav2002第9卷第3期ComroIEngineeringofChinaVoI．9．No．3文章编号：1005—3662(2002)03—0013—06从PID技术到“自抗扰控制”技术韩京清(中国科学院数学与系统科学研究院系统科学所，北京100080)摘要：从侍统PID的原理出发，分析了它的优缺点。利用非践性机制来开发了一些具有特珠功能的环节：跟踪微分嚣(TD)，扩张状态观剥嚣(E93)，非线性PIEg,NPID)等，井以此组告出高品质的新型控制嚣一自抗抚控制嚣(AD)，从而彤成了新的“白抗扰控制”技术。新型的控制器具

2、有算法简单、参数易于调节的特点。关键词：PID；非线性反馈；白抗扰控制中圈分类号：TPl3文献标识码：A和变化趋势的加权和控制策略。PIE)在实际中大1引言量应用，但不易满足高性能要求，于是想靠对象模PID控制器在工业过程控制中占据的主导地型来寻求更好的控制方法，但靠模型的路子恰恰位是绝无仅有的。目前，PID控制器在运动控制、把PID的最大优点丢掉了航天控制及其他过程控制的应用中．仍然占据95PID的优点：靠控制目标与实际行为之问的％以上。据最新的文献[1]显示，在纸浆和造纸工误差来确定消除此误差的控制策略。业中．PI控制器的应用甚至超过了98％由此PIE)的缺点：①误差的取法；②由误差提

3、取可见，不管现代控制理论给出的控制方法在理论de／dr的办法；③“加权和”策略不一定最好；④积上是多么的完美而漂亮，可是仍然难以在现代的分反馈有许多副作用。工业控制中找到自己的立足之处。这说明时至今我们的思路是探讨更好的控制策略，这种策日，控制理论和工程实际相脱离的鸿沟不但没有略的宗旨是保留PID的优点，克服其缺点。我们弥合的迹象，反而有了加剧的趋势。的工具是利用特殊非线性效应来开发具有特殊功面对这种尴尬的局面．我们不得不重新认识能的环节，并以此来组合出高品质控制器。PID控制技术，探索其机理，发扬其优势，克服其克服PID“缺点”的具体办法是：①安排合适缺点，进而寻找更好的控制技术。本文的

4、出发点的“过渡过程”；②合理提取“微分”．“跟踪微分器”就在于此。(TrackingDiferentiator，TD)；③探讨合适的组合方法一“非线性组合”(NF)；④探讨“扰动估计”办2传统PID的结构及优、缺点法一“扩张状态观测器”(ExtendedState0b~rver，传统PIE)的结构如图1所示。ESO)下面，我们以二阶对象控制为例来讨论保留●●●-●●—。—。—。—。一一一一一一—。—PID的优点，克服其缺点的办法。墅3合理提取微分的方法一“跟踪微分器”(TD)圉1传统PID的结构1)经典微分器的形式为：“=o』：ear+te+de=㈦=。={(-一)。，T业过程控制的PID

5、控制原理是基于误差来生成消除误差的控制策略：用误差的过去、现在()士((f)一(—r))一。()收稿日期：2002—04—08作者筒介：韩京清(1937一)，男(朝鲜蘸)，吉林长白人．研究员，大学本科，主要事控制理论与应用等方面的教学与科研工作。维普资讯http://www.cqvip.com·14控制工程第9卷式中，(t)，j，(t)分别是系统的输入、输出信号，式中，。(r，t)跟踪(t)，z2(r，t)收敛于“广义”()是系统的传递函数。当对信号(t)叠加随函数”(t)的“广义导数”。机噪声n(t)时系统式(3)称做系统式(2)派生的“跟踪微分器”。j，(f){(()一(一))+旦系统

6、式(1)称做“快速跟踪微分器”。3)“快速跟踪微分器”的离散形式口(t)+(t)r用跟踪微分器式(1)来进行数值计算，进入r越小时，系统输出的“噪声放大”就越严重。“稳态”时易产生“高频颤振”，把sgn()改成若用近似微分公式sat(z，d)也不能使之避免。为此，我们给出“跟(t)≈—rl—)，0<1<2踪微分器”的离散形式。设离散系统为：则有=l_(一i一)=fzl(k+1)=z1(k)+h：cz(k)【2(k+1)=2(k)+hu，j“I≤rr1r2+(rl+r2)+1直接对上式求“快速控制最优综合函数”，得可以降低“噪声放大”的效应。“=￡(l，X2，r，^)：这里，“微分”信号是用

7、“尽快地跟踪输入信d=rh：do=dh；号”的办法得到的。那么能否用“最快地跟踪”的=l+hsc2；。0=(d+8rbyI){；办法得到微分信号呢?l2+(ao—d)／2，Ij，I>do2)跟踪一微分器的一般理论【]。1x2+／h，{j，I≤d0设二阶系统为：Im／d，lⅡI≤d一1s舯(。)，InI>d』tX2式中，h为积分步长。lt2=“，I“l≤r有离散系统为：上式的“快速最优控制”综台系统为：fzl(t+h)=z