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　　自抗扰控制入门

　　针对自抗扰控制基础教材缺乏的现状,本书以为初学者提供入门帮助为目标,重点阐述了自抗扰控制的基本理念、核心算法、关键实现技术及典型应用,简洁而系统地重构了ADRC(尤其是线性ADRC)的知识构架。本书既可作为大专院校控制科学与工程或自动化专业的本科生、研究生教材,也可作为控制工程技术人员的参考资料。

目录

第1章 绪论
1.1 抗扰问题的提出
1.1.1 控制理论与控制工程的偏离
1.1.2 控制的核心问题与本质问题
1.1.3 现有控制技术的局限性
1.2 扰动、模型及信息
1.2.1 扰动的认识
1.2.2 模型的认识
1.2.3 信息的认识
1.3 扰动处理的基本范式
1.3.1 工业范式
1.3.2 模型范式
1.3.3 抗扰范式
1.4 典型主动抗扰控制技术
1.4.1 指南车
1.4.2 干扰适应控制（DAC）
1.4.3 基于扰动观测器（DOB）控制
1.4.4 自抗扰控制（ADRC）
1.4.5 扩张高增益状态观测器（EHGSO）控制
1.4.6 复合分层精细抗干扰控制（CHADC）
参考文献

第2章 ADRC概述
2.1 ADRC的思想来源
2.1.1 指南车
2.1.2 飞锤调速器与Poncelet思想
2.1.3 不变性原理
2.2 ADRC的发展历程
2.2.1 对模型论的质疑
2.2.2 积分串联标准型的提出
2.2.3 非线性状态反馈的实现
2.2.4 非线性PID的研究与实践
2.2.5 扰动的认识与扩张状态观测
2.2.6 ADRC的体系化构建
2.2.7 ADRC的工程化应用
2.3 ADRC的基本思想
2.3.1 标准型与总扰动
2.3.2 扰动的扩张状态与整体辨识
2.3.3 微分信号生成与安排过渡过程
2.3.4 扰动的消减与控制信号的产生
2.4 ADRC的主要构成
2.4.1 跟踪-微分器
2.4.2 扩张状态观测器
2.4.3 非线性状态误差反馈控制律
2.5 非线性ADRC与线性ADRC
2.5.1 非线性ADRC
2.5.2 线性ADRC
2.6 ADRC的特点
2.6.1 几乎模型无关性
2.6.2 天然的解耦性
2.6.3 过程动态改造的便捷性
2.6.4 预测性
2.6.5 易用性
2.6.6 灵活性
2.6.7 鲁棒性
2.6.8 创新性和包容性
2.7 ADRC的发展趋势
2.7.1 由通用ADRC向专用ADRC过渡
2.7.2 由线性向非线性或线性／非线性组合过渡
2.7.3 由单一结构ADRC向统一融合的主动抗扰架构过渡
参考文献

第3章 ADRC核心算法
3.1 非线性ADRC
3.1.1 问题的提出
3.1.2 扩张状态观测器（ESO）
3.1.3 跟踪-微分器（TD）与安排过渡过程
3.1.4 非线性状态误差反馈控制律（NLSEF）
3.1.5 控制量生成
3.1.6 完整算法
3.2 非线性ADRC的改进
3.2.1 跟踪-微分器改进
3.2.2 扩张状态观测器改进
3.2.3 非线性状态误差反馈控制律改进
3.3 线性ADRC
3.3.1 由非线性ADRC到线性ADRC
3.3.2 线性扩张状态观测器（LESO）
3.3.3 线性状态误差反馈控制律（LSEF）
3.3.4 完整算法描述
3.4 ADRC的离散化
3.4.1 当前欧拉（Euler）法
3.4.2 当前零阶保持（ZOH）法
3.4.3 当前-阶保持（FOH）法
参考文献

第4章 ADRC理论分析
4.1 ADRC稳定性分析
4.1.1 TD性能分析
4.1.2 ESO性能分析
4.1.3 ADRC闭环性能分析
4.2 ADRC频域分析
参考文献

第5章 ADRC参数整定
5.1 非线性ADRC参数整定
5.1.1 参数意义说明
5.1.2 参数整定基本指导
5.1.3 经验法
5.1.4 人工智能方法
5.1.5 基于时间尺度的参数整定方法
5.1.6 动态参数整定方法
5.1.7 优化拟合整定法
5.1.8 三阶ESO优化配置方法
5.2 线性ADRC参数整定
5.2.1 工程配置方法
5.2.2 通用二阶LADRC整定方法
5.2.3 基于参数识别的整定方法
参考文献

第6章 ADRC仿真
6.1 控制对象仿真模型的建立
6.2 ADRC仿真模型的建立
6.2.1 连续LADRC仿真模型的建立
6.2.2 离散LADRC仿真模型的建立
6.2.3 非线性ADRC仿真模型的建立
6.3 ADRC仿真参数整定
参考文献

第7章 ADRC典型应用
7.1 伺服控制
7.1.1 武器平台控制
7.1.2 光电瞄准／跟踪平台控制
7.1.3 机床控制
7.1.4 精密超精密加工
7.1.5 超导加速器谐振控制
7.1.6 TI InstaSPIN-Motion运动控制芯片
7.1.7 SPIN-TAC在洗衣机中的应用
7.2 飞行器姿态控制
7.3 过程控制
7.3.1 电力系统控制
7.3.2 化工过程控制
7.3.3 冶金及金属加工过程控制
7.4 其他应用
7.4.1 欠驱动系统控制
7.4.2 并联机器人控制
参考文献

第8章 ADRC应用实例：运动控制振动抑制
8.1 运动振动问题
8.2 旋转运动控制振动抑制
8.2.1 问题描述与现有方法
8.2.2 旋转运动控制振动ADRC方案
8.2.3 仿真与结果分析
8.2.4 试验验证
8.2.5 旋转运动控制振动抑制结论
8.3 平移运动控制振动抑制
8.3.1 平移运动控制的标准问题
8.3.2 平移运动现有控制方法
8.3.3 双质量块-弹簧系统开环分析
8.3.4 双质量块-弹簧系统ADRC控制方案
8.3.5 双质量块-弹簧系统ADRC控制仿真验证
8.3.6 双质量块-弹簧系统ADRC控制试验验证
8.3.7 双质量块-弹簧系统控制结论
参考文献
……

第9章 ADRC应用实例：时滞系统自抗扰控制
后记

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前言/序言

　　初闻自抗扰与ADRC(ActiveDisturbanceRejectionControl,自抗扰控制),是在2001年前后。彼时及其后几年,韩京清研究员与我单位开展ADRC应用研究,多次莅临我单位,故曾有幸得见韩老师一两面,也闻听自抗扰与ADRC一两语。那时我不在相关的课题组,科研方向与工程控制相距较远,未能参与其中,只是从同事口中得知点滴。曾闻韩老师不畏数九严冬,野外亲自上车调试,雪至方停。仅半天之工,ADRC十多个参数已然调整到接近理想值,试验效果振奋人心。这些点滴之事让我敬佩韩老师躬身实践的精神,也更令我对ADRC暗自神往:到底是怎样一种技术,竟有如此神奇的效果?可是后来同事的ADRC参数优化屡屡受挫,竟至于数月而不得其一,又让我心存疑惑:莫非ADRC太过高深,非一般人能领悟?再次接触ADRC,是2009年及2011年高志强博士回国讲学,曾两次亲临我单位进行学术交流。高博士的讲学,让我忆起韩老师的点滴及自己曾经的神往与疑惑,可是由于交流时间短,当时研究方向又不是工程控制,疑惑虽在,却没有勇气提问,错失了交流的机会。2015年6月至2016年7月,得益于留学基金委提供的机会,我赴美国克利夫兰州立大学先进控制技术中心访学一年,师从高志强博士,得以亲受高博士教诲、亲历团队ADRC应用过程、亲见ADRC实践成果。其间,在高博士的指导下,系统地学习了自抗扰,阅读了ADRC的技术资料,参与了DCDCBuckConverter等项目实施,与张晗、李小旭、王雷等团队成员多次深入探讨,不断思考总结,终于对自抗扰与ADRC有了清晰的理解,基本上入门了。从韩京清研究员,到高志强博士团队,再到众多的ADRC理论与应用研究的学者及工程人员,已经发表了大量的有关ADRC的文章,成果可谓丰硕。然而,对于初学者而言,面对如此之多的文献,从何处着手,如何快速入门,却是非常头