自抗扰控制器设计方案介绍

自抗扰控制器是在吸收经典PID 控制“以误差消除误差”的思想精髓和不依赖对象模型等优点的基础上，在改进经典PID固有缺陷的过程中而形成的新型控制器。

目前尽管关于先进控制算法的研究已经进行了几十年，诸如模糊控制、神经网络、专家系统、滑模控制、预测控制、仿人智能等算法在理论研究上取得了很大的成果，有些算法也在实际应用中得到了验证，但是目前在工业现场应用中PID 控制器仍然占有统治地位。据统计，目前过程控制系统中，PID 控制器的应用超过90%。由此可见PID 控制器不管在理论研究还是在实际应用中，都非常出色。对其进行深入研究，在其基础上提出的新算法更具有应用价值。

PID原理是利用设定值和现场值之间的偏差来生成消除误差的控制策略，即用误差的过去、现在和变化趋势的加权和的控制策略。韩京清研究员经过分析发现，经典PID 控制器具有如下缺点：①直接取出系统的控制目标和系统的输入之差作为系统原始误差，但是系统的控制目标在运动过程中是可以跳变的，而系统的输出由于惯性无法跳变，使用缓慢变化量来跟踪能够跳变的变量是不合理的，也常常使初始控制力太大而使系统出现超调，这是闭环系统中产生快速性和超调之间矛盾的主要原因；②产生误差信号的微分信号还没有太好的办法，现有微分信号的产生方法对系统噪声具有放大作用，因此PID 控制器实际上都是以PI控制器方式出现在系统控制中；③PID 控制器的积分项对抑制系统常值扰动具有一定的效果，但对于随时变化的扰动，其抑制能力不显著，且引入积分环节使闭环系统变得迟钝，容易产生振荡，积分饱和也会引起控制量饱和等问题；④经典PID 控制器是对系统误差的过去、现在和变化趋势三者的线性组合，大量工程实践表明，三者的线性组合不一定是最好的组合方式，而在非线性领域，有很多效率更高、更好的组合方式。针对这些问题，韩京清先生提出了自抗扰控制器的设计方案。(www.xing528.com)

自抗扰控制器是解决一类非线性不确定系统控制问题的强有力手段，它将模型内扰（模型及参数的摄动）和不可测外扰的作用归结为系统的总扰动，用扩张状态观测器来观测这些扰动，利用误差反馈的方法对其进行实时估计，并给予补偿，将非线性不确定系统实现了近似线性化和确定线性化，同时利用特殊的非线性效应加快收敛速度，以提高控制系统的动态性能。