基于干扰观测器的自抗扰控制方法研究(3)
实际的控制回路中往往用滤波器对实际控制系统的输出量进行滤波处理，达到消除干扰的目
的，但滤波后系统最终输出信号的幅值、相位与系统的真实输出值往往差别较大，难以满足
一些高性能要求， 此外若以此滤波后的输出作为系统的输出而构造观测器,则必然会造成较大
的观测误差，该文献将已知的滤波器的方程（作为干扰部分）也纳入到所设计的观测器方程
之中，设计出新型的扩张状态观测器，较好地解决了量测误差带来的不利影响。大量文献
[3][5][12][13]
致力于非线性系统鲁棒性和收敛性的研究， 尽管自抗扰控制技术多应用于非线性类系
统的控制，但线性系统在实际的工程中便于应用，意义重大，文献[10]研究了线性自抗扰控
制器的稳定性，分析了线性扩张状态观测器（LESO）的估计能力，文献[14]着眼于实际工程
应用中人们对于控制系统暂态性要求，在有限时间稳定性的背景下提出有限时间线性观测器
的设计。
自抗扰控制技术虽然将系统内外的一切不确定性视为系统“总干扰”来进行干扰补偿，
但许多情况下对不同的干扰仍需要有不同的对应控制律和观测器设计方式，换言之，不同的
控制器对干扰有着不同要求，这也给观测器的设计带来难度，文献[5][15][16][17]等均是针对具体的航天器件模型或工业设备进行自抗扰控制器的设计与研究分析。
自抗扰技术的根本目的在于提高系统的抗扰性能， 而控制系统的干扰类型众多情况复杂，
众多研究将干扰视为短暂性干扰并赋予初值，文献[12]中指出大量研究中未考虑到量测噪声
对系统控制的影响，文献[19]中对内外干扰也做出区别，但少有专门针对干扰的类型进行细
化分类而后进行观测器设计与研究。本文针对一类非线性耦合航天器姿态控制系统，建立系
统的数学模型并研究自抗扰控制器的设计方法，同时分别针对常值干扰和持续性周期干扰，
设计扩张状态观测器（ESO）及整个自抗扰控制系统，通过仿真证明自抗扰技术的优良品质，
从而表明其在航天控制领域的适用性。
1.2.2 扩张状态观测器（ESO）研究现状
扩张状态观测器（Extended State Observer ,ESO）是自抗扰方法设计与应用过程中最重要
的部分，也是其难点所在，因而是自抗扰技术的研究热点，目前仍具有很大的可发展空间。
此外，ESO作为独立的研究对象，其作用于学术研究价值日益凸显，众多文献专门针对ESO
展开设计研究[12][17]
。在实际的工程应用实践中，系统面临的干扰复杂多样，而 ESO的优点正
在于免去了对干扰复杂的分析讨论，将系统内外的一切不确定性视为系统“总干扰”来进行
观测并提供干扰补偿量，仅仅对干扰有简单的有界性要求，使得控制系统具备较好的抗扰性
能。对于控制系统而言，ESO的设计具有独立性，因而除来源于传统 PID 思想的自抗扰控制
技术以外，近年来 ESO更多地与其他控制方式相结合，如滑模控制[2]
、鲁棒 H∞控制[9]
等控制
技术，愈加广泛和独立地发挥其在各类控制系统中的作用。
1.3 本文主要内容及安排
本文主要介绍自抗扰方法的各个部分及其原理与原则，进而介绍自抗扰控制器的设计与
应用，主要针对非线性耦合系统进行控制系统设计，最后通过仿真说明该方法的有效性和优
越性。第一章绪论部分主要对目前学术界在自抗扰领域，特别是观测器方面的研究现状做出
概括与分析，探讨自抗扰技术的难点与进展，展望未来该技术的发展前景与方向，进而引出