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科普 | 植保無人機技術小知識
為控制系統安排過渡過程
關于ADRC控制器，韓老師在前言中如是說：凡是能用常規PID的場合，只要能夠數字化，采用自抗擾控制器就會使其控制品質和控制精度有根本的提高，尤其是在惡劣環境中要求實現高速高精度的場合，自抗擾控制技術更能顯示出其*性。
理論的研究是為了服務于工程，太過復雜的控制理論、深奧的數學公式都使控制工程師放棄使用，轉而使用較簡單的PID控制，所以至今PID控制還占據著大量的控制應用中。
01 什么是PID控制
PID控制器(比例-積分-微分控制器)是一個在工業控制應用中常見的反饋回路部件，由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。PID控制的基礎是比例控制；積分控制可消除穩態誤差，但可能增加超調；微分控制可加快大慣性系統響應速度以及減弱超調趨勢。
02 PID控制的優缺點
優點
1、無需知道系統模型；
2、結構簡單，調參容易。
所以對于精度和速度要求不高的工程控制已經綽綽有余。
但在工程控制的發展中，PID控制也暴露出它的不足。半個多世紀以來，為改進PID的缺點，控制理論的發展出現了兩種不同路線：一種是把的信號處理技術和數字化方法融合在PID框架中以提高其性能，如自校正PID、智能PID、模糊PID、專家PID等；另一種是認為單靠系統輸入輸出信息而不靠系統內部狀態變量信息是導致PID缺點的根本原因，于是發展了依靠對象狀態變量來決定狀態反饋控制策略的現代控制理論。
缺點
1、PID穩定裕度不小，但是具有好的動態品質的裕度不大，閉環動態品質對PID參數的變化太敏感；
2、快速性和超調之間的矛盾；
3、線性微分器在滯后特性與抗干擾特性上存在矛盾，人們找不到適合的微分器，所以常常只使用PI控制；
4、PID三者的線性組合沒有充分利用誤差信息；
5、積分飽和問題，積分作用消除了誤差，但帶來對實時變化跟蹤的遲滯。
03 安排過渡過程
階躍信號可以安排為這樣的過渡過程：
系統對階躍響應的過渡過程特性是與系統的階數密切相關。如，一階系統有非零初始斜率，二階系統有非零初始加速度。
于是安排一階系統的速度函數為：
安排二階系統的加速度函數為：
加速度積分和為0，保證速度在積分結束之后回到0。同理，三階、四階的過渡函數積分也為0。
簡單直接安排過渡過程的方法就是求解傳遞關系式：
以n=4為例
仿真結果如下：
仿真表明，安排了過渡過程之后：
1、由于“誤差”本身很小，PID增益可以取比較大的值；
2、保證過渡品質的PID增益允許范圍很大；
3、對給定的PID增益來說，它能控制的對象范圍很大。
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