ADRC电机控制仿真实现与参数整定指南

1. ADRC电机控制仿真项目概述

最近在整理实验室的电机控制仿真案例时，我把几个经典的ADRC实现方案重新梳理了一遍。ADRC（Active Disturbance Rejection Control，自抗扰控制）这两年确实火，特别是在应对电机系统中的参数变化和外部扰动方面，表现比传统PID强不少。这次整理的仿真模型主要包含三个核心部分：直流电机ADRC控制、永磁同步电机（PMSM）速度环ADRC、以及PMSM电流环ADRC。

做电机控制的同行应该深有体会，实际系统中总是存在各种非理想因素——负载突变、参数漂移、测量噪声、逆变器非线性...传统PID在这些工况下往往力不从心。ADRC通过扩张状态观测器（ESO）把这些扰动统统打包观测出来，然后实时补偿掉，这种思路确实很对工程师的胃口。

2. 直流电机ADRC实现详解

2.1 控制结构设计

直流电机的ADRC实现相对简单，适合作为入门案例。核心结构采用典型的二阶ADRC，包含三个关键部件：

1. 跟踪微分器（TD）：为给定信号安排过渡过程，避免阶跃信号引起的超调
2. 扩张状态观测器（ESO）：实时估计系统状态和总扰动
3. 非线性状态误差反馈（NLSEF）：生成控制量

在仿真中，我采用离散化实现，采样周期设为1ms。这种离散实现更贴近实际数字控制器的运行方式。

2.2 核心代码解析

matlab复制function [u, v1, z] = ADRC_Controller(y, r, h)
    persistent TD1 TD2 ESO1 ESO2
    if isempty(TD1)
        % TD参数初始化
        TD1 = 0; TD2 = 0; 
        ESO1 = 0; ESO2 = 0;
    end
    
    % 跟踪微分器
    v1 = TD1 + h*TD2;
    TD2 = TD2 + h*fhan(TD1 - r, TD2, 100, h);
    
    % ESO观测器
    e = ESO1 - y;
    ESO1 = ESO1 + h*(ESO2 - beta01*e);
    ESO2 = ESO2 + h*(-beta02*e + b0*u);
    
    %