趙春哲 熊江 林曉然

1.重慶三峽學院 計算機科學與工程學院,重慶 404100

為本科生開設(shè)自抗擾控制技術(shù)相關(guān)課程正當其時

趙春哲 熊江 林曉然

1.重慶三峽學院 計算機科學與工程學院,重慶 404100

自抗擾控制; 高等教育; 課程

1 開設(shè)自抗擾控制相關(guān)課程的意義

ADRC技術(shù)是中科院韓京清研究員發(fā)明的一種非線性控制技術(shù)，其目的在于解決復(fù)雜工業(yè)設(shè)備往往帶有強非線性、強干擾，高性能控制難以實現(xiàn)的問題。

圍繞運用ADRC解決工程問題，已有不少研究工作。Google學術(shù)搜索中與ADRC有關(guān)的條目已有數(shù)萬條，國際期刊上與ADRC有關(guān)的研究工作也不斷增多。在國外，ADRC已經(jīng)在多個重要領(lǐng)域得到應(yīng)用。而國內(nèi)的多數(shù)研究仍處于仿真研究階段，實物、半實物實驗較少。

ADRC技術(shù)雖然誕生于國內(nèi)，卻在我國不夠普及。我國掌握ADRC技術(shù)的人員，主要是工作在高?；蜓芯克畠?nèi)的科研人員。他們的興趣首先在于研究和探索A DR C理論，對應(yīng)用問題以及ADRC技術(shù)的普及興趣有限。此外，我國的公司企業(yè)與科研院所之間的聯(lián)系不緊密，工業(yè)生產(chǎn)一線的技術(shù)人員有時不了解甚至不信任來自科研院所的研究成果，難以將新技術(shù)轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品。

鑒于此，有必要在高等院校開設(shè)與A DR C相關(guān)課程。此舉順應(yīng)社會發(fā)展的需要，能夠促進ADRC技術(shù)的傳播，提升高校畢業(yè)生的個人實力，促進ADRC理論的研究和發(fā)展，具有非常重大的現(xiàn)實意義。

2 開設(shè)ADRC相關(guān)課程的條件和方式

2.1 開設(shè)ADRC相關(guān)課程的基本條件

A DR C的理論分析難度較大，但學習ADRC技術(shù)的應(yīng)用并不困難。學習ADRC，需要微分方程的部分概念，有高等數(shù)學基礎(chǔ)就可以理解。再具備基本的控制理論、控制工程或系統(tǒng)理論知識，就可以學習ADRC技術(shù)的使用。而我國高校的理工科專業(yè)，很多開設(shè)了講授控制理論、控制工程或者系統(tǒng)理論的課程。換言之，很多國內(nèi)高校具備了開設(shè)ADRC相關(guān)課程的基本條件。

2.2 開設(shè)ADRC相關(guān)課程的方式

開設(shè)ADRC相關(guān)課程，效果最好的無疑是獨立開課。具體實施過程中，教材可以選用韓京清研究員的專著《自抗擾控制技術(shù)：估計補償不確定因素的控制技術(shù)》。這部著作，是韓京清研究員多年理論研究與實踐經(jīng)驗的總結(jié)，也是目前ADRC理論的唯一專著。

講授過程中，第一章可以安排兩個學時，通過剖析PID控制器的工作原理，引出ADRC思想的基本內(nèi)容。而第二章《跟蹤微分器》的內(nèi)容在教材中相對獨立，課時安排也比較靈活，對于多數(shù)專業(yè)，用四個課時左右即可掌握最基本的跟蹤微分器設(shè)計方法。如果需要深入研究跟蹤微分器的濾波功能，可自行增加課時。第三章介紹ADRC思想中的重要組成，非光滑反饋。由于非光滑反饋技術(shù)具有一定難度，所以建議在講授時以介紹和演示為主，兩個學時就夠。一般說來，擴張狀態(tài)觀測器是自抗擾控制器的核心組件，第四章《擴張狀態(tài)觀測器》也是本課程的重要教學內(nèi)容，在這一章應(yīng)投入六個學時以上。第五章的內(nèi)容非常豐富。它包含了非線性PID控制器的一些內(nèi)容；也介紹了ADRC的設(shè)計技巧和設(shè)計思路。因此，本章的課時安排也是非常靈活。如果只介紹最基本的ADRC設(shè)計方法，四個課時就夠了，如果想介紹非線性PID等其它內(nèi)容，就需要增加課時的投入。第六章《自抗擾控制器的應(yīng)用》中給出了大量的自抗擾控制設(shè)計范例，幾乎包含了全部的自抗擾控制經(jīng)典應(yīng)用，建議在這一章至少要選講四個以上具體的算例，投入八個以上的課時，讓學生將前面的理論知識投射到解決應(yīng)用問題上。有條件的可以進一步增加課時，或者設(shè)置實驗課時予以配合。

綜上，獨立開設(shè)ADRC相關(guān)課程，需要26～28以上的理論課時，如果條件允許，還應(yīng)該設(shè)置實驗課時，或者根據(jù)專業(yè)需要增加特定環(huán)節(jié)的課時。這無疑會對現(xiàn)有的課程體系產(chǎn)生一定影響。

事實上，有一種對現(xiàn)有課程體系幾乎沒有影響的方式，就是在現(xiàn)有的控制理論、控制工程、系統(tǒng)理論、數(shù)學實驗、單片機開發(fā)或者其它相關(guān)課程中，插入與ADRC有關(guān)的內(nèi)容。具體而言，可以用2到4個學時，講授ADRC技術(shù)的基本思想、適用場合、特色、優(yōu)勢，以及自抗擾控制器設(shè)計的基本方法，并鼓勵學生在課下積極實踐。這種方式的優(yōu)點在于靈活簡便，對現(xiàn)有課程體系影響最小，而且可以不改變現(xiàn)有教材，將ADRC相關(guān)內(nèi)容作為補充知識進行講解。但是，這種方式僅能讓學生初步了解ADRC技術(shù)，如果他們希望熟練使用ADRC技術(shù)，還需要經(jīng)過刻苦認真的自學。

最后，在某些舉辦暑期講座或者“小學期”等教學活動的高等院校，也可以采取一種介于上述兩種方式之間的開設(shè)方法，就是在小學期內(nèi)開課講授ADRC技術(shù)。這種方式，對課程體系影響不大，又可以保證一定數(shù)量的課時，是一種折中的做法。具體實施中，可以以第一種開課方式為藍本，進一步壓縮理論內(nèi)容，以保證講授技術(shù)內(nèi)容的課時。

3 結(jié)語

在高等院校開設(shè)ADRC相關(guān)課程順應(yīng)社會發(fā)展的需要，能促進ADRC技術(shù)的傳播，提升高校畢業(yè)生的實踐能力和競爭實力，會促進自抗擾控的理論發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用，為系統(tǒng)科學、控制理論等學科培養(yǎng)后備人才。對高等院校本身而言，開設(shè)ADRC相關(guān)課程，還可以造就一批熟悉ADRC思想的教師，促進系統(tǒng)科學、數(shù)學、自動控制、過程控制等多個理工類學科的共同進步，大有可能形成一個富有活力的研究方向。

[1]韓京清. 從PID技術(shù)到自抗擾控制技術(shù)[J]. 控制工程, 2002, 9(3): 13～18.

[2]黃一, 張文革. 自抗擾控制器的發(fā)展[J]. 控制理論與用, 2002, 19(4): 485～491.

[3]韓京清. 自抗擾控制器及其應(yīng)用[J]. 控制與決策,1998, 13(1): 19～23.

[4]馬幼捷, 劉增高, 周雪松,等. 自抗擾控制器的原理解析[J]. 天津理工大學學報,2008,24(4)：27～30.

[5]黃一, 薛文超, 趙春哲. 自抗擾控制縱橫談, 系統(tǒng)科學與數(shù)學，2011,31(9)：1111～1129

[6]科學院數(shù)學與系統(tǒng)科學研究院, 2011.

[7]韓京清. 自抗擾控制技術(shù): 估計補償不確定因素的控制技術(shù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2008.

Zhao Chunzhe Xiong Jiang Lin Xiaoran

School of Computer Science and Engineering, Chongqing Three Gorges University, Chongqing 404100, China

基于擴張狀態(tài)觀測器的自抗擾控制 (ADRC)技術(shù)，是中科院韓京清研究員發(fā)明的一種非線性控制技術(shù)，在國際國內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用，前景非常廣闊。在高等院校開設(shè)自抗擾控制相關(guān)課程順應(yīng)社會發(fā)展的需要，能夠促進自抗擾控制技術(shù)的傳播，提升高校畢業(yè)生的實踐能力和競爭實力，有助于促進自抗擾控的理論發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用，為系統(tǒng)科學、控制理論等學科培養(yǎng)后備人才。

A

趙春哲(1983－),男,博士, 講師, 研究領(lǐng)域為系統(tǒng)建模與控制理論,導(dǎo)航制導(dǎo)與控制。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.097