4、扰动观测器基础与控制系统分析

扰动观测器基础与控制系统分析

1. 一阶扰动估计的正反馈

1.1 系统结构与偏差分析

在速度观测中，存在一阶扰动观测器的扰动估计正反馈情况。假设存在斜坡参考 $r(s) = \frac{r_0}{s^2}$ 和斜坡扰动 $d(s) = \frac{d_0}{s^2}$ ，偏差 $e(t)$ 的最终值为：
$e(\infty) = \lim_{s \to 0} s \left{ \frac{s}{s + K_p/m} \frac{r_0}{s^2} + \frac{s^2}{m(s + K_p)(s^2 + g_1s + g_2)} \frac{d_0}{s^2} \right} = \frac{r_0}{s + K_p/m} + 0 \neq 0$
这表明扰动估计 $\hat{d}(t)$ 的正反馈能消除斜坡扰动，但无法跟踪斜坡参考，它不是所谓的 2 型速度伺服系统。

1.2 等效变换与内部模型构建

对图 2.20a 进行等效变换得到图 2.20b ，可以观察到构建了一个 $\frac{1}{s^2}$ 类型的内部模型。

2. 前馈控制

2.1 前馈控制原理

前馈控制利用输入提前产生已知行为，与反馈控制输入分开。“扰动观测器”的反馈有时被描述为“前馈”，因为其理念是独立于主回路反馈来可预测地抵消扰动。

2.2 二自由度控制系统

“二自由度控制系统”用于将反馈控制系统的跟踪特性、稳定性设计和扰动抑制特性独立于机电系统运动的自由度进行设计。一般来说，没有前馈的反馈控制系统（即单自由度控制系统）不能独立设计，但通过添加前馈控制部