| 关于ADRC算法以及参数整定（调参）的一些心得体会 | 您所在的位置：网站首页 › 高考数据 › 关于ADRC算法以及参数整定（调参）的一些心得体会 |
关于ADRC算法以及参数整定（调参）的一些心得体会
|
关于ADRC算法以及参数整定（调参）的一些心得体会
ADRC，全称叫做Active Disturbance Rejection Control，中文名是自抗扰控制技术。这项控制算法是由中科院的韩京清教授提出的。韩教授继承了经典PID控制器的精华，对被控对象的数学模型几乎没有任何要求，又在其基础上引入了基于现代控制理论的状态观测器技术，将抗干扰技术融入到了传统PID控制当中去，最终设计出了适合在工程实践中广泛应用的全新控制器。 1. ADRC介绍一般来说，ADRC控制器包括三个组件：跟踪微分器，非线性状态反馈（非线性组合），扩张观测器。ADRC的框图如下（盗图自《从PID技术到“自抗扰控制”技术》）： 注意，这里介绍的是线性ADRC的参数整定方式。ADRC分为三部分，跟踪微分器的参数整定比较容易，很多地方都有介绍，这里就不再细说了。这里主要介绍其余参数的整定方法。首先线性ADRC的公式罗列如下： e = z 1 ( k ) − y ( k ) z 1 ( k + 1 ) = z 1 ( k ) + h ⋅ ( z 2 ( k ) − β 01 e ) z 2 ( k + 1 ) = z 2 ( k ) + h ⋅ ( z 3 ( k ) − β 02 e + b u ( k ) ) z 3 ( k + 1 ) = z 3 ( k ) − h ⋅ β 03 e e 1 = v 1 ( k ) − z 1 ( k ) , e 2 = v 2 ( k ) − z 2 ( k ) u 0 = k p e 1 + k d e 2 u ( k ) = u 0 − z 3 ( k ) / b \begin{array}{lcl} e=z_1(k)-y(k) \\ z_1(k+1)=z_1(k)+h\cdot(z_2(k)-\beta_{01}e) \\ z_2(k+1)=z_2(k)+h\cdot(z_3(k)-\beta_{02}e+bu(k)) \\ z_3(k+1)=z_3(k)-h\cdot\beta_{03}e \\ e_1=v_1(k)-z_1(k),\ e_2=v_2(k)-z_2(k)\\ u_0=k_pe_1+k_de_2\\ u(k)=u_0-z_3(k)/b \end{array} e=z1(k)−y(k)z1(k+1)=z1(k)+h⋅(z2(k)−β01e)z2(k+1)=z2(k)+h⋅(z3(k)−β02e+bu(k))z3(k+1)=z3(k)−h⋅β03ee1=v1(k)−z1(k), e2=v2(k)−z2(k)u0=kpe1+kde2u(k)=u0−z3(k)/b 其中，重要的参数包括六个： β 01 , β 02 , β 03 , k p , k d , b \beta_{01},\ \beta_{02},\ \beta_{03},\ k_p,\ k_d, b β01, β02, β03, kp, kd,b β 01 , β 02 , β 03 \beta_{01},\ \beta_{02},\ \beta_{03} β01, β02, β03 是观测器的参数，根据高志强老师的研究结论（参考论文《Scaling and bandwidth-parameterization based controller tuning》），可以依据观测器带宽的概念来设计参数，即 β 01 = 3 ω o , β 02 = 3 ω o 2 , β 03 = ω o 3 \beta_{01}=3\omega_o,\ \beta_{02}=3\omega_o^2,\ \beta_{03}=\omega_o^3 β01=3ωo, β02=3ωo2, β03=ωo3。其中， ω o \omega_o ωo是观测器带宽。 k p , k d k_p,\ k_d kp, kd相当于PD控制器的增益参数。 b b b是补偿系数，和被控对象模型有一定关系。根据高老师的结果，那么我们的线性ADRC需要整定的参数就只剩下四个了： ω o , k p , k d , b \omega_o, \ k_p,\ k_d, b ωo, kp, kd,b 2.1 关于这四个参数有什么整定规律呢？关于带宽 ω o \omega_o ωo 当扰动频率低时，用太大的带宽，会让 z 3 z_3 z3的抖震很大，自然输出抖震也很大。但是随着扰动频率增加，用大的带宽就没有问题，也不会有抖震。当带宽增加时， z 3 z_3 z3的估计值明显变大了，也就是扰动的补偿量会变大。也就是说，当扰动频率增加时，用大一点的带宽可以更好的抑制扰动。关于补偿系数 b b b 加大 b b b能减少 ω o \omega_o ωo变大带来的抖震，但是加大b就会让扰动的补偿量变小，抑制扰动的效果可能会有折扣。关于 k p , k d k_p,\ k_d kp, kd 固定 ω o \omega_o ωo和 b b b的情况下，增加 k p k_p kp对扰动补偿的幅值没有任何影响，即与扰动的补偿无关。但是 k p k_p kp增加到一定程度以后，也会引发抖震现象。这个时候增加 ω o \omega_o ωo，又可以减少抖震。另外，大带宽和大 k p k_p kp带来的控制效果会更好。同样，这个时候增加 b b b也可以减少抖震，但是控制效果会变差。当 k d k_d kd过大的时候，也会引起抖震。当 k d k_d kd比较大的时候，带宽就不能设置得太大了。 k d k_d kd过大引发的抖震绝对不可以用提高带宽来解决，必须通过加大 b b b来解决，但是一般而言，加大 b b b都会使得控制效果大打折扣。可以通过减小 k p k_p kp来克服，这样控制效果不会有太大的损失。当被控对象发生抖震时，可能的解决方法有： 抖震发生时，减小带宽、增大b、减小 k d k_d kd、或者增大 k p k_p kp（大带宽对应大 k p k_p kp）、减小 k p k_p kp（ k p k_p kp太大引发抖震）都有可能可以解决问题。 2.2 参数整定策略1、固定一个 b b b，设定较小的 k p k_p kp和 k d k_d kd，之后尽可能选用大的带宽。 带宽多大合适？ 一是，看扰动补偿的输出大小和实际系统可接受的输入范围是否匹配； 二是看是否已经发生了抖震现象。2、选定好带宽以后，逐步调高 k p k_p kp和 k d k_d kd。 3、在 ω o , k p , k d \omega_o, \ k_p, \ k_d ωo, kp, kd三个参数都调好了，但是控制效果依然不满意，可以尝试调整 b b b，之后再进行一次上述过程。 另外，如果对应最开始选定的 b b b，找不到稳定的 ω o , k p , k d \omega_o, \ k_p, \ k_d ωo, kp, kd，那么就加大 b b b，直到可以找到稳定的 ω o , k p , k d \omega_o, \ k_p, \ k_d ωo, kp, kd。 2.3 前面一切都是浮云，这才是重点！！！最后，我想说，前面的这些都是我的经验之谈，没有经过任何的理论分析，未必适合你的应用。尽管我花了很长时间，希望找到一份资料，给出关于ADRC参数整定的权威的理论，但是最后也是徒劳无功。所以，我要给出最重要的一个方法论了。 如果你只想把ADRC在你的实验平台上用一用的话，你完全可以按照我提供的路数来行事！ 首先，在Simulink里搭建被控对象的仿真模型；其次，固定三个参数，单纯改变一个参数，观察每个状态量的变化趋势；再次，总结每个参数对系统的影响；最终，你就能找到对于你的系统的参数整定方法啦！ 你要相信，虽然我说的是最基本的控制变量法>_ |
简单的介绍下ADRC的结构：【本文地址】