2、先进控制方法中的扰动抑制与补偿技术解析

先进控制方法中的扰动抑制与补偿技术解析

1. 背景与研究意义

在现代工业控制系统中，扰动广泛存在，它不仅包括来自控制系统外部环境的干扰，还涵盖了受控对象的不确定性，如未建模动态、参数摄动以及多变量系统的非线性耦合等。这些扰动会对控制系统的性能产生不利影响，因此，扰动抑制成为控制器设计的关键目标之一。

在不同的工程领域，扰动的表现形式和影响各不相同：
- 过程控制领域 ：在石油、化工和冶金等行业，生产过程常受外部扰动影响，如原材料质量变化、生产负荷波动和复杂生产环境的变化。不同生产过程之间的相互作用复杂，难以精确分析，这些因素综合作用会导致生产质量显著下降。例如，冶金行业选矿厂的磨矿和分级过程中，进料矿石粒度和硬度的波动会导致产品粒度持续波动，进而影响生产质量。
- 机械控制领域 ：工业机器人、运动伺服系统、磁悬浮系统和磁盘驱动系统等，其控制精度受多种外部扰动影响，如不确定的扭矩干扰、负载扭矩变化、轨道水平位置振动和枢轴摩擦等。同时，运行条件和外部工作环境的变化也会导致内部模型参数摄动，影响控制性能。
- 航空航天工程领域 ：导弹系统、近空间高超声速飞行器和卫星等，外部风和气动力等干扰力和力矩会严重影响控制性能。此外，恶劣复杂的飞行环境会使飞行控制系统的实际动态参数发生严重摄动，给现代飞行控制设计带来巨大挑战。

传统控制方法，如比例 - 积分 - 微分（PID）和线性二次调节器（LQR）控制器，由于在设计时未直接考虑扰动抑制，在存在严重扰动和不确定性时，可能无法满足高精度控制要求。因此，开发具有强扰动抑制能力的先进控制算法对于提高实际工程系