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　　自抗擾控制入門

　　針對自抗擾控制基礎教材缺乏的現(xiàn)狀,本書以為初學者提供入門幫助為目標,重點闡述了自抗擾控制的基本理念、核心算法、關鍵實現(xiàn)技術及典型應用,簡潔而系統(tǒng)地重構了ADRC(尤其是線性ADRC)的知識構架。本書既可作為大專院校控制科學與工程或自動化專業(yè)的本科生、研究生教材,也可作為控制工程技術人員的參考資料。

目錄

第1章 緒論
1.1 抗擾問題的提出
1.1.1 控制理論與控制工程的偏離
1.1.2 控制的核心問題與本質問題
1.1.3 現(xiàn)有控制技術的局限性
1.2 擾動、模型及信息
1.2.1 擾動的認識
1.2.2 模型的認識
1.2.3 信息的認識
1.3 擾動處理的基本范式
1.3.1 工業(yè)范式
1.3.2 模型范式
1.3.3 抗擾范式
1.4 典型主動抗擾控制技術
1.4.1 指南車
1.4.2 干擾適應控制（DAC）
1.4.3 基于擾動觀測器（DOB）控制
1.4.4 自抗擾控制（ADRC）
1.4.5 擴張高增益狀態(tài)觀測器（EHGSO）控制
1.4.6 復合分層精細抗干擾控制（CHADC）
參考文獻

第2章 ADRC概述
2.1 ADRC的思想來源
2.1.1 指南車
2.1.2 飛錘調速器與Poncelet思想
2.1.3 不變性原理
2.2 ADRC的發(fā)展歷程
2.2.1 對模型論的質疑
2.2.2 積分串聯(lián)標準型的提出
2.2.3 非線性狀態(tài)反饋的實現(xiàn)
2.2.4 非線性PID的研究與實踐
2.2.5 擾動的認識與擴張狀態(tài)觀測
2.2.6 ADRC的體系化構建
2.2.7 ADRC的工程化應用
2.3 ADRC的基本思想
2.3.1 標準型與總擾動
2.3.2 擾動的擴張狀態(tài)與整體辨識
2.3.3 微分信號生成與安排過渡過程
2.3.4 擾動的消減與控制信號的產(chǎn)生
2.4 ADRC的主要構成
2.4.1 跟蹤-微分器
2.4.2 擴張狀態(tài)觀測器
2.4.3 非線性狀態(tài)誤差反饋控制律
2.5 非線性ADRC與線性ADRC
2.5.1 非線性ADRC
2.5.2 線性ADRC
2.6 ADRC的特點
2.6.1 幾乎模型無關性
2.6.2 天然的解耦性
2.6.3 過程動態(tài)改造的便捷性
2.6.4 預測性
2.6.5 易用性
2.6.6 靈活性
2.6.7 魯棒性
2.6.8 創(chuàng)新性和包容性
2.7 ADRC的發(fā)展趨勢
2.7.1 由通用ADRC向專用ADRC過渡
2.7.2 由線性向非線性或線性／非線性組合過渡
2.7.3 由單一結構ADRC向統(tǒng)一融合的主動抗擾架構過渡
參考文獻

第3章 ADRC核心算法
3.1 非線性ADRC
3.1.1 問題的提出
3.1.2 擴張狀態(tài)觀測器（ESO）
3.1.3 跟蹤-微分器（TD）與安排過渡過程
3.1.4 非線性狀態(tài)誤差反饋控制律（NLSEF）
3.1.5 控制量生成
3.1.6 完整算法
3.2 非線性ADRC的改進
3.2.1 跟蹤-微分器改進
3.2.2 擴張狀態(tài)觀測器改進
3.2.3 非線性狀態(tài)誤差反饋控制律改進
3.3 線性ADRC
3.3.1 由非線性ADRC到線性ADRC
3.3.2 線性擴張狀態(tài)觀測器（LESO）
3.3.3 線性狀態(tài)誤差反饋控制律（LSEF）
3.3.4 完整算法描述
3.4 ADRC的離散化
3.4.1 當前歐拉（Euler）法
3.4.2 當前零階保持（ZOH）法
3.4.3 當前-階保持（FOH）法
參考文獻

第4章 ADRC理論分析
4.1 ADRC穩(wěn)定性分析
4.1.1 TD性能分析
4.1.2 ESO性能分析
4.1.3 ADRC閉環(huán)性能分析
4.2 ADRC頻域分析
參考文獻

第5章 ADRC參數(shù)整定
5.1 非線性ADRC參數(shù)整定
5.1.1 參數(shù)意義說明
5.1.2 參數(shù)整定基本指導
5.1.3 經(jīng)驗法
5.1.4 人工智能方法
5.1.5 基于時間尺度的參數(shù)整定方法
5.1.6 動態(tài)參數(shù)整定方法
5.1.7 優(yōu)化擬合整定法
5.1.8 三階ESO優(yōu)化配置方法
5.2 線性ADRC參數(shù)整定
5.2.1 工程配置方法
5.2.2 通用二階LADRC整定方法
5.2.3 基于參數(shù)識別的整定方法
參考文獻

第6章 ADRC仿真
6.1 控制對象仿真模型的建立
6.2 ADRC仿真模型的建立
6.2.1 連續(xù)LADRC仿真模型的建立
6.2.2 離散LADRC仿真模型的建立
6.2.3 非線性ADRC仿真模型的建立
6.3 ADRC仿真參數(shù)整定
參考文獻

第7章 ADRC典型應用
7.1 伺服控制
7.1.1 武器平臺控制
7.1.2 光電瞄準／跟蹤平臺控制
7.1.3 機床控制
7.1.4 精密超精密加工
7.1.5 超導加速器諧振控制
7.1.6 TI InstaSPIN-Motion運動控制芯片
7.1.7 SPIN-TAC在洗衣機中的應用
7.2 飛行器姿態(tài)控制
7.3 過程控制
7.3.1 電力系統(tǒng)控制
7.3.2 化工過程控制
7.3.3 冶金及金屬加工過程控制
7.4 其他應用
7.4.1 欠驅動系統(tǒng)控制
7.4.2 并聯(lián)機器人控制
參考文獻

第8章 ADRC應用實例：運動控制振動抑制
8.1 運動振動問題
8.2 旋轉運動控制振動抑制
8.2.1 問題描述與現(xiàn)有方法
8.2.2 旋轉運動控制振動ADRC方案
8.2.3 仿真與結果分析
8.2.4 試驗驗證
8.2.5 旋轉運動控制振動抑制結論
8.3 平移運動控制振動抑制
8.3.1 平移運動控制的標準問題
8.3.2 平移運動現(xiàn)有控制方法
8.3.3 雙質量塊-彈簧系統(tǒng)開環(huán)分析
8.3.4 雙質量塊-彈簧系統(tǒng)ADRC控制方案
8.3.5 雙質量塊-彈簧系統(tǒng)ADRC控制仿真驗證
8.3.6 雙質量塊-彈簧系統(tǒng)ADRC控制試驗驗證
8.3.7 雙質量塊-彈簧系統(tǒng)控制結論
參考文獻
……

第9章 ADRC應用實例：時滯系統(tǒng)自抗擾控制
后記

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前言/序言

　　初聞自抗擾與ADRC(ActiveDisturbanceRejectionControl,自抗擾控制),是在2001年前后。彼時及其后幾年,韓京清研究員與我單位開展ADRC應用研究,多次蒞臨我單位,故曾有幸得見韓老師一兩面,也聞聽自抗擾與ADRC一兩語。那時我不在相關的課題組,科研方向與工程控制相距較遠,未能參與其中,只是從同事口中得知點滴。曾聞韓老師不畏數(shù)九嚴冬,野外親自上車調試,雪至方停。僅半天之工,ADRC十多個參數(shù)已然調整到接近理想值,試驗效果振奮人心。這些點滴之事讓我敬佩韓老師躬身實踐的精神,也更令我對ADRC暗自神往:到底是怎樣一種技術,竟有如此神奇的效果?可是后來同事的ADRC參數(shù)優(yōu)化屢屢受挫,竟至于數(shù)月而不得其一,又讓我心存疑惑:莫非ADRC太過高深,非一般人能領悟?再次接觸ADRC,是2009年及2011年高志強博士回國講學,曾兩次親臨我單位進行學術交流。高博士的講學,讓我憶起韓老師的點滴及自己曾經(jīng)的神往與疑惑,可是由于交流時間短,當時研究方向又不是工程控制,疑惑雖在,卻沒有勇氣提問,錯失了交流的機會。2015年6月至2016年7月,得益于留學基金委提供的機會,我赴美國克利夫蘭州立大學先進控制技術中心訪學一年,師從高志強博士,得以親受高博士教誨、親歷團隊ADRC應用過程、親見ADRC實踐成果。其間,在高博士的指導下,系統(tǒng)地學習了自抗擾,閱讀了ADRC的技術資料,參與了DCDCBuckConverter等項目實施,與張晗、李小旭、王雷等團隊成員多次深入探討,不斷思考總結,終于對自抗擾與ADRC有了清晰的理解,基本上入門了。從韓京清研究員,到高志強博士團隊,再到眾多的ADRC理論與應用研究的學者及工程人員,已經(jīng)發(fā)表了大量的有關ADRC的文章,成果可謂豐碩。然而,對于初學者而言,面對如此之多的文獻,從何處著手,如何快速入門,卻是非常頭