基于ADRC的井下機器人運動控制技術(shù)
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擴張狀態(tài)觀測器
擴張狀態(tài)觀測器是韓京清于1995年提出的一種新型狀態(tài)觀測器，它能跟蹤系統(tǒng)的各階狀態(tài)變量，估計系統(tǒng)未建模動態(tài)和系統(tǒng)外擾的總作用量，同時對系統(tǒng)的未建模動態(tài)和外擾進行補償，利用非線性環(huán)節(jié)實現(xiàn)了對非線性系統(tǒng)的動態(tài)反饋線性化，是自抗擾控制器的核心。
對于系統(tǒng)方程
以看到，式（3-19）形式相同，即擴張狀態(tài)的前饋補償將非線性不確定系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為線性系統(tǒng)標準型：積分串聯(lián)型。
可見，擴張狀態(tài)觀測器將被控系統(tǒng)中含有的非線性動態(tài)、模型不確定性及外部擾動等都視為擴張狀態(tài)加以實時觀測、估計，利用前饋環(huán)節(jié)對擴張狀態(tài)觀測值進行補償，實現(xiàn)了非線性系統(tǒng)的反饋線性化。
對于二階系統(tǒng)
非線性誤差反饋
首先介紹一下非線性函數(shù)fal。在實際控制工程界，常用到經(jīng)驗知識：“大誤差，小增益；小誤差，大增益”。而非線性函數(shù)函數(shù)
圖3 非線性函數(shù)fal示意圖
圖4 自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)圖
由此，得到了自抗擾控制器的三個組成部件：跟蹤微分器(TrackingDifferentiator,TD)，擴張狀態(tài)觀測器(ExtendedStateObserver,ESO)和非線性誤差反饋(NonlinearStateErrorFeedback,NLSEF)。其中，跟蹤微分器TD的作用是安排過渡過程，實現(xiàn)對系統(tǒng)輸入信號的快速無超調(diào)跟蹤，并給出良好的微分信號。擴張狀態(tài)觀測器ESO用來估計系統(tǒng)狀態(tài)、模型和外擾，是自抗擾控制器的核心部分。擴張狀態(tài)觀測器把有未知外擾的非線性不確定對象反饋化為“積分器串聯(lián)型”以后，就可以設(shè)計出理想的基于“狀態(tài)誤差反饋”控制器。對“狀態(tài)誤差反饋”采用合適的合適的“非線性配置”，就實現(xiàn)了非線性狀態(tài)誤差反饋控制律。其中擾動的自動估計與補償正是最為關(guān)鍵的一環(huán)，“自抗擾控制器”也因此而得名。
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