自抗扰控制（ADRC）理论与工程实践：7.3 运动控制案例（电机、伺服系统）

7.3 运动控制案例（电机、伺服系统）

运动控制，作为自动化技术的核心领域，对控制系统的动态响应、稳态精度和抗干扰能力提出了极致要求。传统的电机伺服系统通常采用比例-积分（PI）控制器构成电流、速度、位置三环串级控制结构。然而，PI控制器在面对系统内部参数变化（如转动惯量、负载转矩波动）和外部扰动时，其快速性、超调抑制与抗扰性之间存在难以调和的矛盾。自抗扰控制（ADRC）以其“总扰动估计与补偿”的核心理念，为高性能运动控制系统提供了一种革新性的解决方案。本节将以永磁同步电机（PMSM）或直流有刷电机的伺服控制为对象，系统阐述ADRC在电流环、速度环和位置环中的设计与应用，并深入分析其相较于传统PI控制的性能优势与工程实现要点。

7.3.1 伺服系统三环结构与ADRC的引入

典型的电机伺服系统采用如图7.3.1所示的三环嵌套结构，由内至外分别为电流环（转矩环）、速度环和位置环。内环的动态响应最快，外环最慢。传统设计中，各环均采用PI控制器。

ADRC的引入策略是：用ADRC控制器一对一地替代原有的PI控制器，保持三环串级结构不变。其优势在于，每个环路的ADRC都能独立地估计并补偿作用于该环路的所有“内扰”（如模型参数变化、耦合项）和“外扰”（如负载突变、外部力干扰），从而实现环路的动态解耦与性能独立优化。