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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ADRC23

2.5.1 非线性ADRC23

2.5.2 线性ADRC23

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ADRC30

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ADRC36

3.3.1 由非线性ADRC到线性ADRC36

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