基于ADRC的井下机器人运动控制技术
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扩张状态观测器
扩张状态观测器是韩京清于1995年提出的一种新型状态观测器，它能跟踪系统的各阶状态变量，估计系统未建模动态和系统外扰的总作用量，同时对系统的未建模动态和外扰进行补偿，利用非线性环节实现了对非线性系统的动态反馈线性化，是自抗扰控制器的核心。
对于系统方程
以看到，式（3-19）形式相同，即扩张状态的前馈补偿将非线性不确定系统转化为线性系统标准型：积分串联型。
可见，扩张状态观测器将被控系统中含有的非线性动态、模型不确定性及外部扰动等都视为扩张状态加以实时观测、估计，利用前馈环节对扩张状态观测值进行补偿，实现了非线性系统的反馈线性化。
对于二阶系统
非线性误差反馈
首先介绍一下非线性函数fal。在实际控制工程界，常用到经验知识：“大误差，小增益；小误差，大增益”。而非线性函数函数
图3 非线性函数fal示意图
图4 自抗扰控制器的结构图
由此，得到了自抗扰控制器的三个组成部件：跟踪微分器(TrackingDifferentiator,TD)，扩张状态观测器(ExtendedStateObserver,ESO)和非线性误差反馈(NonlinearStateErrorFeedback,NLSEF)。其中，跟踪微分器TD的作用是安排过渡过程，实现对系统输入信号的快速无超调跟踪，并给出良好的微分信号。扩张状态观测器ESO用来估计系统状态、模型和外扰，是自抗扰控制器的核心部分。扩张状态观测器把有未知外扰的非线性不确定对象反馈化为“积分器串联型”以后，就可以设计出理想的基于“状态误差反馈”控制器。对“状态误差反馈”采用合适的合适的“非线性配置”，就实现了非线性状态误差反馈控制律。其中扰动的自动估计与补偿正是最为关键的一环，“自抗扰控制器”也因此而得名。
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