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第1章 绪论 1

1.1 抗扰问题的提出 1

1.1.1 控制理论与控制工程的偏离 2

1.1.2 控制的核心问题与本质问题 2

1.1.3 现有控制技术的局限性 3

1.2 扰动、模型及信息 4

1.2.1 扰动的认识 4

1.2.2 模型的认识 5

1.2.3 信息的认识 6

1.3 扰动处理的基本范式 7

1.3.1 工业范式 7

1.3.2 模型范式 8

1.3.3 抗扰范式 8

1.4 典型主动抗扰控制技术 9

1.4.1 指南车 10

1.4.2 干扰适应控制（DAC） 10

1.4.3 基于扰动观测器（DOB）控制 11

1.4.4 自抗扰控制（ADRC） 12

1.4.5 扩张高增益状态观测器（EHGSO）控制 13

1.4.6 复合分层精细抗干扰控制（CHADC） 13

参考文献 14

第2章 ADRC概述 16

2.1 ADRC的思想来源 16

2.1.1 指南车 16

2.1.2 飞锤调速器与Poncelet思想 16

2.1.3 不变性原理 17

2.2 ADRC的发展历程 17

2.2.1 对模型论的质疑 17

2.2.2 积分串联标准型的提出 17

2.2.3 非线性状态反馈的实现 18

2.2.4 非线性PID的研究与实践 18

2.2.5 扰动的认识与扩张状态观测 18

2.2.6 ADRC的体系化构建 19

2.2.7 ADRC的工程化应用 19

2.3 ADRC的基本思想 19

2.3.1 标准型与总扰动 20

2.3.2 扰动的扩张状态与整体辨识 20

2.3.3 微分信号生成与安排过渡过程 20

2.3.4 扰动的消减与控制信号的产生 21

2.4 ADRC的主要构成 21

2.4.1 跟踪-微分器 22

2.4.2 扩张状态观测器 22

2.4.3 非线性状态误差反馈控制律 22

2.5 非线性ADRC与线性ADRC 23

2.5.1 非线性ADRC 23

2.5.2 线性ADRC 23

2.6 ADRC的特点 23

2.6.1 几乎模型无关性 23

2.6.2 天然的解耦性 24

2.6.3 过程动态改造的便捷性 24

2.6.4 预测性 24

2.6.5 易用性 25

2.6.6 灵活性 25

2.6.7 鲁棒性 26

2.6.8 创新性和包容性 26

2.7 ADRC的发展趋势 27

2.7.1 由通用ADRC向专用ADRC过渡 27

2.7.2 由线性向非线性或线性／非线性组合过渡 27

2.7.3 由单一结构ADRC向统一融合的主动抗扰架构过渡 28

参考文献 28

第3章 ADRC核心算法 30

3.1 非线性ADRC 30

3.1.1 问题的提出 30

3.1.2 扩张状态观测器（ESO） 31

3.1.3 跟踪-微分器（TD）与安排过渡过程 32

3.1.4 非线性状态误差反馈控制律（NLSEF） 33

3.1.5 控制量生成 33

3.1.6 完整算法 33

3.2 非线性ADRC的改进 35

3.2.1 跟踪-微分器改进 35

3.2.2 扩张状态观测器改进 35

3.2.3 非线性状态误差反馈控制律改进 36

3.3 线性ADRC 36

3.3.1 由非线性ADRC到线性ADRC 36

3.3.2 线性扩张状态观测器（LESO） 37

3.3.3 线性状态误差反馈控制律（LSEF） 41

3.3.4 完整算法描述 42

3.4 ADRC的离散化 45

3.4.1 当前欧拉（Euler）法 46

3.4.2 当前零阶保持（ZOH）法 47

3.4.3 当前一阶保持（FOH）法 48

参考文献 50

第4章 ADRC理论分析 51

4.1 ADRC稳定性分析 51

4.1.1 TD性能分析 51

4.1.2 ESO性能分析 52

4.1.3 ADRC闭环性能分析 52

4.2 ADRC频域分析 53

参考文献 53

第5章 ADRC参数整定 55

5.1 非线性ADRC参数整定 55

5.1.1 参数意义说明 56

5.1.2 参数整定基本指导 56

5.1.3 经验法 56

5.1.4 人工智能方法 56

5.1.5 基于时间尺度的参数整定方法 57

5.1.6 动态参数整定方法 58

5.1.7 优化拟合整定法 58

5.1.8 三阶ESO优化配置方法 59

5.2 线性ADRC参数整定 60

5.2.1 工程配置方法 60

5.2.2 通用二阶LADRC整定方法 61

5.2.3 基于参数识别的整定方法 61

参考文献 62

第6章 ADRC仿真 63

6.1 控制对象仿真模型的建立 63

6.2 ADRC仿真模型的建立 63

6.2.1 连续LADRC仿真模型的建立 64

6.2.2 离散LADRC仿真模型的建立 64

6.2.3 非线性ADRC仿真模型的建立 67

6.3 ADRC仿真参数整定 73

参考文献 74

第7章 ADRC典型应用 75

7.1 伺服控制 75

7.1.1 武器平台控制 76

7.1.2 光电瞄准／跟踪平台控制 77

7.1.3 机床控制 77

7.1.4 精密超精密加工 78

7.1.5 超导加速器谐振控制 78

7.1.6 TI InstaSPIN-Motion运动控制芯片 78

7.1.7 SPIN-TAC在洗衣机中的应用 79

7.2 飞行器姿态控制 79

7.3 过程控制 80

7.3.1 电力系统控制 81

7.3.2 化工过程控制 83

7.3.3 冶金及金属加工过程控制 84

7.4 其他应用 86

7.4.1 欠驱动系统控制 86

7.4.2 并联机器人控制 87

参考文献 87

第8章 ADRC应用实例：运动控制振动抑制 92

8.1 运动振动问题 92

8.2 旋转运动控制振动抑制 93

8.2.1 问题描述与现有方法 93

8.2.2 旋转运动控制振动ADRC方案 97

8.2.3 仿真与结果分析 98

8.2.4 试验验证 105

8.2.5 旋转运动控制振动抑制结论 109

8.3 平移运动控制振动抑制 109

8.3.1 平移运动控制的标准问题 109

8.3.2 平移运动现有控制方法 111

8.3.3 双质量块-弹簧系统开环分析 112

8.3.4 双质量块-弹簧系统ADRC控制方案 113

8.3.5 双质量块-弹簧系统ADRC控制仿真验证 116

8.3.6 双质量块-弹簧系统ADRC控制试验验证 118

8.3.7 双质量块-弹簧系统控制结论 120

参考文献 120

第9章 ADRC应用实例：时滞系统自抗扰控制 123

9.1 时滞系统的控制问题 123

9.1.1 时滞系统简介 123

9.1.2 时滞系统控制问题概述 123

9.2 基于ESO输入同步的时滞系统ADRC方案 124

9.2.1 时滞对象描述 124

9.2.2 时滞对象ADRC改造方案 125

9.3 仿真与实验验证 126

9.3.1 仿真验证 126

9.3.2 实验验证 128

参考文献 131

后记 133