自抗扰控制的入门学习（一）——前言

与很多人一样，接触这个算法之后心态也经历过，从一开始的‘不明觉厉’，中途的‘不以为然’，到最后的‘辩证看待’的演变过程。借用别人的话，自抗扰的学习也可以本着这样的求学心态，以及一点点的建立起相应的框架。从研二上开始接触自抗扰控制，到仿真demo的搭建与学习，再到实际应用与参数整定这块。有必要重新温习旧知，并系统带入式学习下自抗扰，这也是本博客的前序。

1了解自抗扰？

自抗扰（ADRC）核心是其独特的总扰动理念，即系统内部和外部不确定性等效在输入端的总和效应。自抗扰开创性地把包括未知动态的总扰动定义为另一个状态，即扩张状态，目的是通过输入和输出信号实时地提取这个总扰动信息，再用控制力抵消这个系统整体上的不确定性，实现了“指南车”的效果。

1.1简单了解

自抗扰控制01：为何ADRC会成为百年PID算法的继承者？

自抗扰控制01：为何ADRC会成为百年PID算法的继承者？ http://news.eeworld.com.cn/mp/ZLG/a23516.jspx

自抗扰控制02: ADRC如何避免执行错误命令?

自抗扰控制02: ADRC如何避免执行错误命令? http://news.eeworld.com.cn/mp/ZLG/a23513.jspx

自抗扰控制03: ADRC对快速控制有何奇招？

自抗扰控制03: ADRC对快速控制有何奇招？ http://news.eeworld.com.cn/mp/ZLG/a23511.jspx

也可以看下最近郭宝玲博士所写的《ADRC一点入门经验分享》以及含所做的仿真与实验研究，参考文献资料ADRC入门的学习资料包

或者可以看下高志强教授在暑假培训这个阶段讲授的自抗扰培训班资料及仿真应用等，其中之一如下：

何谓自抗扰？

1.2直观感受

可以看下这个b站上的视频，感受下ADRC与PID控制效果输出，如下：

ADRC vsPID 抗扰实验

L1自适应控制和ADRC控制比较

ADRC vs PID 弹簧负载实验对比

ADRC vs PID 四轴控制

1.3博主理解

之前读文献讲到ADRC“小误差大增益，大误差小增益”不太理解，也不能明白为什么就可以缓解了超调和快速控制的矛盾。现在重看资料发现，PID控制器如果针对是固定增益下，有扰动工况下或者内部参数摄动，系统特性变了，那么固定增益下自然而然也就不适用了。**那么，ADRC自抗扰控制则是将输入输出直接建立误差联系，把影响/干扰输出的“等效总输出量”视为总扰动。以转速环自抗扰控制为例，ADRC不管电压和转速的真实物理关系是什么样的，它只按设定好的b0去控制，它认为当前电压是u，反馈转速应该是ub0，但凡如果实际转速有不同，产生偏差都认为是扰动（观测出总扰动），当然这个总扰动可能是外部阻力变化引起的，也可能是电机内部参数估计不准引起的。***接着，将所观测总扰动除以b0后，直接补偿到u输出。这样比起PID控制需要产生误差后，还要进行比例积分微分产生控制量，往往会缩短作用路径与时间。

其实就是在小误差范围内快速响应控制，然而在大误差下较强的控制量往往会带来系统的超调甚至不稳定，或者是可能外部内部的因素已经导致了系统的不稳定，由此便有了下图：

强化学习线性自抗扰控制 自抗扰控制的缺点_强化学习线性自抗扰控制

图1 增益曲线

如图1所示，工作时，误差一般控制在“+阀值”和“-阀值”之间，这一段曲线的斜率很大，也就是说增益很大，只要出现一点点的误差，就输出很大的控制量，具有很强的跟踪能力。但是如果误差超过“+阀值”或“-阀值”，增益还是如此大，系统就可能出现超调、震动等不良现象。所以超过“+阀值”或“-阀值”后，要降低增益，即斜率要减少，避免超调和震动。这种“小误差大增益，大误差小增益”的做法调和了超调和快速控制的矛盾，但是这需要复杂的指数运算，实际工程中的单片机运算速度有限，未必是最好的。

2学习自抗扰？

2.1可利用的资源

强化学习线性自抗扰控制 自抗扰控制的缺点_控制技术_02

B站的讲座：https://space.bilibili.com/408884199 B站的讲座：

强化学习线性自抗扰控制 自抗扰控制的缺点_控制理论_03

弄懂 ADRC 需要哪些基础知识？弄懂 ADRC 需要哪些基础知识？ https://www.zhihu.com/question/308600280/answer/1270674417

自抗扰控制基础

控制算法手记-自抗扰控制的几点思考 https://zhuanlan.zhihu.com/p/260480454

控制算法手记-自抗扰控制的几点思考

关于ADRC的一些粗鄙之语 https://zhuanlan.zhihu.com/p/156228260

关于ADRC的一些粗鄙之语

https://www.zhihu.com/question/64738752/answer/1033150032

整理并输出如下：

强化学习线性自抗扰控制 自抗扰控制的缺点_控制理论_04


2.3文献和书籍

1.韩京清.自抗扰控制技术——估计补偿不确定因素的控制技术[M].国防工业出版社:北京,2008:1-end. 2.朱斌.自抗扰控制入门[M].北京航空航天大学出版社:北京,2017:36-42. 3.韩京清, 控制理论——模型论还是控制论. 系统科学与数学, 1989, 9(4): 328-325.

3总结

ADRC的基本思路是（标准型+总扰动观测补偿），从而达到简化‘被控对象系统特性’目的，将以往高度依赖模型的控制器设计问题转化为系统抗扰（总扰动补偿）问题。后续博主开始自抗扰控制的总结与学习，欢迎大家交流与学习！