摘要近年来，自抗扰控制因对干扰具有很好的观测和抑制能力而倍受关注。本文研究自抗扰控制方法，分析了自抗扰控制器的设计原理和非线性扩张状态观测器的构造方法。在此基础上，针对三轴运动耦合的刚体航天器姿态控制问题，将系统中受到的干扰、三轴耦合以及其他不确定因素视为“总扰动”，通过设计扩张状态观测器对其进行估计，并结合非线性 PID 姿态控制律对“总干扰”加以抑制。文中给出了系统建模与姿态控制律设计方法。仿真结果表明，所设计的自抗扰控制律对航天器受到的常值干扰和持续性周期干扰都有很好的抑制作用。26042
关键词 自抗扰控制 扩张状态观测器 非线性 PID 干扰抑制 耦合系统
Title Active disturbance rejection control based on disturbance observer
Abstract
In recent years, the active disturbance rejection control（ADRC）has received continuous
attention because of its good observation and inhibition for disturbance. This paper studies the
ADRC, analyzes the design principle of ADRC and the structure of the nonlinear extended state
observer. On this basis, in view of the three axis motion coupled rigid spacecraft attitude control
problem,we treat the disturbance, three shaft coupling and other uncertain factors as "total
disturbance". It is estimated through the design of extended state observer and suppressed by
combining the nonlinear PID. This paper gives the system modeling and the design method of
attitude control. Simulation results demonstrate that the design of ADRC for spacecraft can
suppress constant and continuous cycle disturbance effectively .
Keywords ADRC extended state observer nonlinear PID disturbance rejection coupled system
目 次
1 绪论 . 1
1.1 研究课题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状分析 1
1.2.1 自抗扰控制(ADRC）研究现状 ..1
1.3 本文主要内容及安排 3
2 基于 ESO的自抗扰控制技术 ..5
2.1 ESO设计原则 5
2.1.1 状态观测器 . 5
2.1.2 扩张状态观测器 .. 7
2.2 自抗扰控制器设计 .. 10
2.2.1 过渡过程 10
2.2.2 非线性误差反馈律 .. 11
2.2.3 ESO设计 11
2.2.4 干扰补偿 12
2.2.5 自抗扰控制系统结构 . 13
2.3 本章小结 13
3 航天器数学建模与解耦研究 . 14
3.1 数学模型 14
3.2 模型解耦研究 . 15
3.3 本章小结 17
4 航天器姿态控制系统的干扰抑制 .. 18
4.1 ESO设计 18
4.2 自抗扰控制器设计 .. 18
4.3 本章小结 19
5 数值仿真 20
5.1 航天器姿态控制系统的干扰抑制仿真研究 . 20
5.2 本章小结 23
结 论 . 24
致 谢 . 25
参考文献 26
1 绪论
1.1 研究课题背景及意义
自抗扰技术的研究与发展历史较短，近年来该技术取得快速发展并在工业领域与航空航
天领域取得推广应用，其应用价值逐渐凸显，尤其随着工业技术的发展，各类控制领域对于
控制性能的需求日益提高，自抗扰技术因其较好的控制品质和控制精度，在各领域应用必会
得到推广。此外，扩张状态观测器在干扰处理上的优越性使得近年来对于观测器的研究渐趋
广泛。
在航空航天任务中，航天器的姿态机动往往具有较强的非线性与耦合性，这使得航天任
务在姿态控制上存在难度，需要具备高控制品质的控制方法。本课题的研究结果表明自抗扰
在解决航天器姿态控制问题上， 自抗扰技术的结合利用可使得姿态控制取得很好的控制效果,
系统响应方面有很大提高，具有较好的快速性，控制精度也得以提升，可满足高精度要求， 基于干扰观测器的自抗扰控制方法研究:http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_20078.html