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科普 | 植保无人机技术小知识
阅读：2794 发布时间：2021/4/26
为控制系统安排过渡过程
关于ADRC控制器，韩老师在前言中如是说：凡是能用常规PID的场合，只要能够数字化，采用自抗扰控制器就会使其控制品质和控制精度有根本的提高，尤其是在恶劣环境中要求实现高速高精度的场合，自抗扰控制技术更能显示出其优越性。
理论的研究是为了服务于工程，太过复杂的控制理论、深奥的数学公式都使控制工程师放弃使用，转而使用较简单的PID控制，所以至今PID控制还占据着大量的控制应用中。
01 什么是PID控制
PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。
02 PID控制的优缺点
优点
1、无需知道系统模型；
2、结构简单，调参容易。
所以对于精度和速度要求不高的工程控制已经绰绰有余。
但在工程控制的发展中，PID控制也暴露出它的不足。半个多世纪以来，为改进PID的缺点，控制理论的发展出现了两种不同路线：一种是把的信号处理技术和数字化方法融合在PID框架中以提高其性能，如自校正PID、智能PID、模糊PID、专家PID等；另一种是认为单靠系统输入输出信息而不靠系统内部状态变量信息是导致PID缺点的根本原因，于是发展了依靠对象状态变量来决定状态反馈控制策略的现代控制理论。
缺点
1、PID稳定裕度不小，但是具有好的动态品质的裕度不大，闭环动态品质对PID参数的变化太敏感；
2、快速性和超调之间的矛盾；
3、线性微分器在滞后特性与抗干扰特性上存在矛盾，人们找不到适合的微分器，所以常常只使用PI控制；
4、PID三者的线性组合没有充分利用误差信息；
5、积分饱和问题，积分作用消除了误差，但带来对实时变化跟踪的迟滞。
03 安排过渡过程
阶跃信号可以安排为这样的过渡过程：
系统对阶跃响应的过渡过程特性是与系统的阶数密切相关。如，一阶系统有非零初始斜率，二阶系统有非零初始加速度。
于是安排一阶系统的速度函数为：
安排二阶系统的加速度函数为：
加速度积分和为0，保证速度在积分结束之后回到0。同理，三阶、四阶的过渡函数积分也为0。
简单直接安排过渡过程的方法就是求解传递关系式：
以n=4为例
仿真结果如下：
仿真表明，安排了过渡过程之后：
1、由于“误差”本身很小，PID增益可以取比较大的值；
2、保证过渡品质的PID增益允许范围很大；
3、对给定的PID增益来说，它能控制的对象范围很大。