摘要：自抗扰控制器( adrc)是针对非线性不确定系统提出的一种新型非线性控制器。在深入研究自抗扰控制技术理论的基础上，通过非线性系统的线性化和参数整合等方法设计出了优化adrc，并给出了新的参数整定方法。matlab仿真表明，优化后的adrc需调整的参数大大减少，调节过程也得到简化，但性能并未受到影响，对被控系统的不确定性和外扰有很强的适应性和鲁棒性。

    关键词：自抗扰控制器；优化算法；交流伺服系统

    中图分类号：tm571  文献标识码：a文章编号：1673-6540(2010)03-0026-05

    自抗扰控制器…( adrc)是中国科学院韩京清研究员提出的一种新型的非线性鲁棒控制器。adrc不依赖于被控对象的精确数学模型，具有鲁棒性强、系统响应快、抗干扰能力强等优点，有效地解决了系统快速性和超调之间的矛盾。近年来控制器已经在风力发电系统、混沌控制、电机拖动、飞行器姿态控制等领域得到广泛应用，其控制器本身也得到了进一步的完善和发展，出现了基于神经网络的adrc，变结构adrc等各种改进型控制器。

    adrc的三个组成部分均采用非线性函数，参数较多，调节繁杂，在还没有成熟的参数整定理论条件下，参数整定过程和效果在很大程度上依赖于人们的经验。因此，控制器优化和参数整定问题成为制约adrc发展的瓶颈。通过优化算法，可以在保证控制效果的前提下极大地简化adrc参数的调节过程，从而使得控制器更适合实际工业控制的要求，扩展了控制器的应用范围。

    交流伺服系统有较高的性能指标要求，特别在永磁同步电机( pmsm)位置伺服系统中，pmsm作为一个多变量、非线性和强耦合的被控对象．具有非线性和不确定性，以及混沌运动特性，实现高性能的伺服系统控制，必须依靠高性能的控制器，尤其在快速性、准确性等要求较高的场合，先进的控制策略就更为重要了。将优化的adrc用于pmsm伺服系统中，不仅算法简单，参数容易调节，而且对系统参数变化和外部干扰具有很强的鲁棒性，提高了伺服系统的控制精度。

    adrc是在反馈线性化基础上设计的新型控制器，其实质是利用“观测+补偿”的方法来处理系统中非线性和不确定性，同时配合非线性的反馈方式，提高控制器的动态性能。控制器由跟踪微分器(td)、扩张状态观测器(eso)和非线性反馈控制律( nlsef)三部分组成，图l为典型ad-rc结构图。

  设含不确定扰动的非线性被控对象：

         

 

其中f为未知的非线性时变函数，w(t)为外部扰动，u(t)为控制输入，b为模型参数，根据自抗扰理论可以设计的adrc算法结构如下。

    由式(2)~(6)可知，adrc的调节参数主要包括td的{r0，δ0}，eso部分中的{β01，β02，β03，αl，α2，α3，δ1，b0}，nlsef中的{β1，β2，α4，α5，δ2}。这些参数的确定是一项繁杂的过程，而且目前参数调整主要还靠经验，因此在实际使用时调节复杂，不利于广泛应用。

    典型的adrc模型采用误差的非线性比例、微分调节，理论上可以实现较好的控制性能，但实际由于整定参数个数多，算法实现需要较大计算量，导致控制周期变长，影响了控制器的性能。

    将典型adrc三个组成部分进行线性简化和参数整合，建立其优化的adrc，并通过仿真验证优化后结构的有效性及可行性，突破了adrc工业应用的限制。

  对于式(1)根据跟踪微分器的基本结论，可以得出式(7)也是有效的非线性跟踪微分器，将其线性化可以得出线性跟踪微分器算法结构为式(8)。