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参考积分链模型的LADRC方法：双环扰动补偿设计及工程验证

已有 929 次阅读 2025-9-10 08:50 |个人分类:文章推荐|系统分类:博客资讯

LADRC method referring to the integral chain model-design of dual-loop disturbance compensation and engineering verification (参考积分链模型的LADRC方法：双环扰动补偿设计及工程验证)

自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control，ADRC)是一项源自中国的通用控制技术，通过实时抑制系统内外扰动来提高动态性能，广泛应用于工业控制、航空航天等领域。针对其非线性特性导致理论分析困难的局限性，美国克利夫兰州立大学高志强教授提出的线性自抗扰控制(LADRC) 采用线性误差反馈控制律(LSEF)+线性扩张状态观测器(LESO)的核心结构，在扰动补偿框架下将被控对象简化为积分链模型，为理论分析开辟了新的途径。本文将在此基础上展开讨论并利用电磁悬浮控制系统实验平台验证提出设计的有效性。

LADRC method referring to the integral chain model-design of dual-loop disturbance compensation and engineering verification参考积分链模型的LADRC方法：双环扰动补偿设计及工程验证

作者：Yao Qin1,2, Hailin Hu1,2, Jie Yang1,2

机构：1 江西理工大学江西省磁浮轨道交通装备重点实验室；2 江西理工大学电气工程与自动化学院

引用信息：Huo, Z., Ping, Z., Jia, Y. et al. Disturbance rejection of PMSM speed servo system: an adaptive observer approach. Control Theory Technol. (2025).https://doi.org/10.1007/s11768-025-00266-6

全文链接：https://rdcu.be/eDjp7

摘要

针对线性自抗扰控制(LADRC)中扰动补偿偏差问题，提出一种参考积分链模型的LADRC改进方法(LADRC-R)。该方法通过构建理想控制参考模型，建立输出偏差与未补偿扰动的动态关联，并设计双环补偿机制。理论分析及典型一/二阶系统频域特性表明：该方法在保留LADRC参数整定优势的同时，扰动抑制效果提升50%，且在低频扰动抑制中无相位滞后。二阶系统仿真验证了其在参数摄动、增益失配及复合扰动下的鲁棒性，提出偏差补偿器优化方案以抑制非连续测量噪声干扰。最终在电磁悬浮平台上验证了该方法在精密运动控制中的工程实用性，为提升LADRC在扰动不确定环境中的控制性能提供新思路。

引言

LADRC 的关键在于将被控对象视为受到总扰动影响的理想积分链，总扰动包括对象内部动态特性和各种不确定性的叠加。LADRC 利用LESO 实时估计总扰动并进行控制补偿。然而，由于 LESO 的结构以及实际运行环境等因素，系统扰动项的估计存在偏差，导致被控对象作为理想积分链时控制不准确，限制了 LADRC 控制器的性能。基于此，许多研究者对提高 LESO 估计精度进行了深入研究。然而，现有的改进 LADRC 方法虽然在一定程度上提升了扰动观测性能，但大多局限于调整观测器结构，缺乏基于控制目标输出行为的全局优化视角，补偿机制相对单一。

基于以上分析，本文参考理想积分链模型的输出，构建动态偏差反馈通道，提出了一种参考积分链模型的LADRC控制框架(LADRC-R)。该方法在不改变LADRC系统结构和参数整定方法的前提下，拓展了扰动补偿路径，为提升LADRC在不确定扰动环境下的控制性能提供了新的途径。通过多种系统不确定性下的仿真分析以及电磁悬浮平台实验，验证了所提方法的理论有效性和工程可行性。

图1(原文Fig.1) LADRC系统的基本结构1

图2(原文Fig.2) LADRC系统的基本结构2

图3(原文Fig.8) 电磁悬浮控制系统实验平台

结论

(1) 提出了一种基于理想模型输出与实际输出之间动态偏差的双通道扰动补偿机制。通过PD/PDD型补偿结构的设计，从理论上验证了该结构在保持参数整定规则不变的情况下，可将扰动对系统输出影响的幅值降低50%。此外，频域分析证实了该结构具有零相位滞后扰动抑制能力，有效突破了传统LADRC单一补偿机制的局限性。

(2) 开发了涵盖外部扰动、参数扰动、测量噪声和复合干扰的综合验证系统。电磁悬浮实验和数值模拟证明了LADRC-R的适应性：在无噪声或平滑噪声场景下，PDD型结构通过双微分实现全频带扰动抑制；在非平滑噪声环境下，PD型LADRC-R结构采用降微分结构设计，在增强扰动抑制的同时，有效避免了噪声放大效应。未来的研究将深化噪声成分的动态平滑处理技术，并开发基于实时扰动特性的补偿模式切换算法，拓展该方法在精密加工设备定位、高速磁浮交通控制等强干扰场景下的工程应用边界。

作者介绍

Yao Qin 于2023年获得江西理工大学硕士学位。目前在江西理工大学电气与自动化学院攻读博士学位。研究方向为智能控制理论与应用、磁悬浮控制技术。

Hailin Hu 是国防科技大学的博士后研究员。他是江西理工大学的副教授和研究生导师，并担任该校永磁磁浮技术与轨道交通研究所所长。此外，他还担任江西省自动控制学会副秘书长。他的研究方向为磁浮列车牵引控制、永磁悬浮技术以及轨道交通系统优化。

Jie Yang 获得了北京交通大学博士学位。现为江西理工大学教授、博士生导师，担任永磁磁浮技术与轨道交通研究院首席科学家，并担任江西省磁浮轨道交通装备重点实验室主任。他的主要研究领域包括计算机视觉、人工智能、永磁磁浮技术以及列车节能控制。

期刊简介

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Control Theory and Technology (CTT), 中文名《控制理论与技术》, 创刊于2003年，原刊名为Journal of Control Theory and Applications，2014年刊名更改为Control Theory and Technology。由华南理工大学与中国科学院数学与系统科学研究院联合主办，主要报道系统控制科学中具有新观念、新思想的理论研究成果及其在各个领域中的应用。目前被 ESCI (JIF 1.5)、EI、Scopus (CiteScore 3.2)、CSCD、INSPEC、ACM 等众多数据库收录, 并于2013–2018年获得两期中国科技期刊国际影响力提升计划项目资助。2017–2021年连续获得“中国最具国际影响力学术期刊”和“中国国际影响力优秀学术期刊”称号，获得广东省高水平科技期刊建设项目(2021-2024年)，2022-2024年进入中国科协自动化学科领域高质量科技期刊目录。

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