7、状态空间中的干扰观测器：原理、设计与仿真

状态空间中的干扰观测器：原理、设计与仿真

1. 引言

在控制系统中，干扰是影响系统性能的重要因素。干扰观测器（Disturbance Observer，DOB）作为一种有效的干扰补偿方法，能够估计系统中的干扰并进行补偿，从而提高系统的稳定性和控制精度。本文将详细介绍状态空间中的几种干扰观测器，包括身份输入干扰观测器、身份反作用力观测器、身份输出干扰观测器以及身份高阶干扰观测器，并通过具体的示例和仿真结果进行说明。

2. 身份输入干扰观测器

2.1 干扰观测器增益与手动开关的使用

当由于噪声等原因无法使用较大的观测器增益时，假设高阶干扰的设计会变得有效。为了进行比较，给出了使用一般身份观测器的仿真示例（如图 4.8 所示）。从图 4.8a 可以看出，速度估计波形跟随速度波形但存在偏差，结果与图 4.7b - 2 类似，图 4.8b 与图 4.7b - 3 几乎相同。这表明无论手动开关设置为 ON 还是 OFF，身份 DOB 和干扰估计功能都能准确估计除干扰外的物理量。

在实际系统中，可能会出现各种意外情况。例如，ON 时干扰估计的正反馈有时会刺激现有机电系统中不可观测的部分，从而产生噪声；或者建模误差有时会影响系统，导致振动。在这种情况下，可以选择将手动开关设置为 OFF，将干扰抑制留给外部补偿器，以避免使用慢速估计观测器降低速度估计性能。

2.2 可控性与状态反馈

状态反馈是现代控制理论中控制的基础，要实现状态反馈，控制对象必须是可控的。一般来说，DOB 用于可控且可观测的控制对象，但扩展系统是否可控呢？根据可控性的定义，如果一个单输入系统中，(det(U_c) = det[B, \bar