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[摘 要]ADRC是一种可以解决具有大范围及复杂结构（非线性、时变、耦合等）不确定系统控制问题的有效方法。本文针对自抗扰控制（ADRC）的起源、工作原理以及应用领域进行了系统的介绍，并对ADRC的专利申请态势、主要申请人的分布进行了统计分析，为以后涉及到ADRC专利申请的审查工作提供技术支持，以及在检索过程中给予指引。
[关键词]自抗扰，ADRC
中图分类号：TK403 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0337-02
一、自抗扰控制的起源及原理
自抗扰控制是韩京清先生在基于误差来消除误差并吸取现代控制理论成就的基础上，于1998年正式提出的。ADRC是一种可以解决具有大范围及复杂结构（非线性、时变、耦合等）不确定系统控制问题的有效方法。其核心思想是以简单的“积分器串联型”作为反馈的标准型，把系统动态中异于标准型的部分视为“总扰动”（包括内扰和外扰），对于“总扰动”进行估计，并主动补偿“总扰动”对系统的影响，从而把充满扰动、不确定性和非线性的被控对象线性化为标准型，使得控制系统的涉及从复杂到简单、从抽象到直观。
ADRC主要包括三个环节，分别是：跟踪微分器（tracking differentiator，TD）、扩张状态观测器（extended state observer，ESO）、状态误差反馈（state error feedback，SEF）。在ADRC的具体应用中可以根据这三个部分的结构不同分为很多种不同的形式，因此，在实际应用中，基于这一框架下可以根据具体对象的特点设计出不同结构的ADRC，基于系统整体上可以分为非线性和线性两大类，ADRC大致可以分為非线性ADRC（nonlinearADRC，NADRC）和线性ADRC（linear ADRC，LADRC）。
1、TD
TD能够在各种测量噪声和未知扰动作用的条件下，快速跟踪输入信号，无超调又无颤振，且能给出较好品质的微分信号，图1是TD的具体结构形式：
2、ESO
ESO的设计研究是基于系统已知输入及量测输出来重构系统状态的策略。已有的观测器设计方法按输出误差校正方式可分为两种：一是龙伯格观测器发展起来的输出误差线性校正；另一种是输出误差的变结构校正，变结构观测器中的非光滑结构可提高观测器对系统不确定性及量测误差的鲁棒性，但该方法须对系统做作较多假设，一般系统很难满足假设条件，且容易发生颤振现象。扩张状态观测器是不同于以往输出误差矫正方式的新型观测器，它采用连续非线性（非光滑）结构设计，难以用传统观测器设计理论进行理论分析。
3、SEF
非线性状态误差反馈的应用最初表现为，将经典PID改进为非线性PID，其应用主要可分为两大类：（1）非线性系统，非线性PID主要用来补偿系统非线性的影响，从而确保系统在较大的操作范围内都具有连续一致的良好控制性能；（2）线性系统，非线性PID主要用来提高系统的控制性能，比如增加系统的阻尼、减少对阶跃信号和快速输入的上升时间、提高系统的跟踪性能等等。
三、自抗扰的应用
化工、炼油、冶金、电站、制药和造纸等工业生产过程及其他实际系统广泛存在着时滞现象，如状态时滞、输入时滞、传输时滞或输出测量时滞、容积时滞等。由于时滞的存在，使得被控量不能及时反映系统所承受的擾动，产生明显的超调和较长的调节时间，甚至造成系统的不稳定。
由于ADRC不依赖于精确的对象模型，并具有抗干扰能力强、精度高、响应速度快、结构简单等特点，得到了国内外学者广泛而深入的应用研究，如非圆车削中快速刀具伺服系统的精密跟踪控制、无刷直流伺服电机的低速摩擦补偿、典型分数阶系统，机器人无标定手眼协调、异步电机调速系统、微机电系统（micro-electro-mechanical systems，MEMS）或微机械陀螺仪、化工过程精馏塔、飞行器控制、刚体航天器姿态跟踪、永磁同步电机调速系统、柔性关节系统、超导加速器谐振腔控制、化工过程连续搅拌反应釜（continuousstirred tank reactor，CSTR）、电站机炉协调控制、气化炉控制系统等。（时滞自抗扰控制综述王丽君）。选择自抗扰控制器控制对象时，需要知道对象的阶数。虽然自抗扰控制器是一种无模型控制器，但是这里所说的无模型并非指没有模型，而是针对所有对象都具有一个普遍的、共性的模型。
四、专利技术现状分析
自抗扰控制技术自发展以来在中国专利申请量的走势（图2）：
由于该项技术是由中国人发明的起源于中国，且是最近研究的新技术，专利申请量不是很大。由专利每年申请量的发展趋势图可以看出该项技术在中国专利领域的发展是逐年增加。由此也可以看出该项技术受到越来越多的人的关注，相信在以后的发展历程中该项技术会给企业带来更大的经济和社会效益。
主要申请人统计
对申请量排在前10名的申请人按申请量作统计图如图3：
由图可知自抗扰控制技术在专利方面主要是由高校及研究所进行研究申请，由此可知，该项技术还处于发展和往更好的应用方面进行改进的阶段。
统计更多的申请人对申请人的类型作对比，如图4：
图5是由前60名的申请人进行统计得出的结果，由图5可以看出，公司申请占到29%的比例，说明该项技术在产业化上已经有所应用，只是目前还没有得到大范围的应用。该项技术是基于PID的控制思想发展起来的，众所周知PID技术在工业上的应用已经取得了很大的成果，自抗扰控制技术继承了PID控制的特点又在一定程度上可以满足PID达不到的技术指标，因此，自抗扰控制技术在未来的发展是不可估量的。
国内外申请人及申请数量对比（图5）：
由图6可知，该项技术在国外的发展并不是很好，申请人和申请数量都远远低于国内申请人的。由于该项技术起源于中国，之后由中国人引入国外，因此，该项技术在国外的专利方面尚未得以发展，一项技术的发展都会经历理论到实践的过渡，由其在中国的发展可以预见该项技术在以后的发展历程中也会在国外的相关企业得以发展和应用，实现其应用的经济和社会价值。
参考文献
[1] 异步电机自抗扰控制的动态性能分析[J].马幼捷，刘增高，周雪松，王辉.制造业自动化.2009（04）.
[2] 基于ADRC的直接转矩控制系统及其性能[J].万宇宾，胡婵娟，赵金，王永骥，万淑芸.武汉大学学报（工学版）.2009（01）.
[3] 自抗扰控制器解决感应电机调速系统参数鲁棒性问题[J].段小丽，任一峰.电气技术.2009（02）.
[关键词]自抗扰，ADRC
中图分类号：TK403 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0337-02
一、自抗扰控制的起源及原理
自抗扰控制是韩京清先生在基于误差来消除误差并吸取现代控制理论成就的基础上，于1998年正式提出的。ADRC是一种可以解决具有大范围及复杂结构（非线性、时变、耦合等）不确定系统控制问题的有效方法。其核心思想是以简单的“积分器串联型”作为反馈的标准型，把系统动态中异于标准型的部分视为“总扰动”（包括内扰和外扰），对于“总扰动”进行估计，并主动补偿“总扰动”对系统的影响，从而把充满扰动、不确定性和非线性的被控对象线性化为标准型，使得控制系统的涉及从复杂到简单、从抽象到直观。
ADRC主要包括三个环节，分别是：跟踪微分器（tracking differentiator，TD）、扩张状态观测器（extended state observer，ESO）、状态误差反馈（state error feedback，SEF）。在ADRC的具体应用中可以根据这三个部分的结构不同分为很多种不同的形式，因此，在实际应用中，基于这一框架下可以根据具体对象的特点设计出不同结构的ADRC，基于系统整体上可以分为非线性和线性两大类，ADRC大致可以分為非线性ADRC（nonlinearADRC，NADRC）和线性ADRC（linear ADRC，LADRC）。
1、TD
TD能够在各种测量噪声和未知扰动作用的条件下，快速跟踪输入信号，无超调又无颤振，且能给出较好品质的微分信号，图1是TD的具体结构形式：
2、ESO
ESO的设计研究是基于系统已知输入及量测输出来重构系统状态的策略。已有的观测器设计方法按输出误差校正方式可分为两种：一是龙伯格观测器发展起来的输出误差线性校正；另一种是输出误差的变结构校正，变结构观测器中的非光滑结构可提高观测器对系统不确定性及量测误差的鲁棒性，但该方法须对系统做作较多假设，一般系统很难满足假设条件，且容易发生颤振现象。扩张状态观测器是不同于以往输出误差矫正方式的新型观测器，它采用连续非线性（非光滑）结构设计，难以用传统观测器设计理论进行理论分析。
3、SEF
非线性状态误差反馈的应用最初表现为，将经典PID改进为非线性PID，其应用主要可分为两大类：（1）非线性系统，非线性PID主要用来补偿系统非线性的影响，从而确保系统在较大的操作范围内都具有连续一致的良好控制性能；（2）线性系统，非线性PID主要用来提高系统的控制性能，比如增加系统的阻尼、减少对阶跃信号和快速输入的上升时间、提高系统的跟踪性能等等。
三、自抗扰的应用
化工、炼油、冶金、电站、制药和造纸等工业生产过程及其他实际系统广泛存在着时滞现象，如状态时滞、输入时滞、传输时滞或输出测量时滞、容积时滞等。由于时滞的存在，使得被控量不能及时反映系统所承受的擾动，产生明显的超调和较长的调节时间，甚至造成系统的不稳定。
由于ADRC不依赖于精确的对象模型，并具有抗干扰能力强、精度高、响应速度快、结构简单等特点，得到了国内外学者广泛而深入的应用研究，如非圆车削中快速刀具伺服系统的精密跟踪控制、无刷直流伺服电机的低速摩擦补偿、典型分数阶系统，机器人无标定手眼协调、异步电机调速系统、微机电系统（micro-electro-mechanical systems，MEMS）或微机械陀螺仪、化工过程精馏塔、飞行器控制、刚体航天器姿态跟踪、永磁同步电机调速系统、柔性关节系统、超导加速器谐振腔控制、化工过程连续搅拌反应釜（continuousstirred tank reactor，CSTR）、电站机炉协调控制、气化炉控制系统等。（时滞自抗扰控制综述王丽君）。选择自抗扰控制器控制对象时，需要知道对象的阶数。虽然自抗扰控制器是一种无模型控制器，但是这里所说的无模型并非指没有模型，而是针对所有对象都具有一个普遍的、共性的模型。
四、专利技术现状分析
自抗扰控制技术自发展以来在中国专利申请量的走势（图2）：
由于该项技术是由中国人发明的起源于中国，且是最近研究的新技术，专利申请量不是很大。由专利每年申请量的发展趋势图可以看出该项技术在中国专利领域的发展是逐年增加。由此也可以看出该项技术受到越来越多的人的关注，相信在以后的发展历程中该项技术会给企业带来更大的经济和社会效益。
主要申请人统计
对申请量排在前10名的申请人按申请量作统计图如图3：
由图可知自抗扰控制技术在专利方面主要是由高校及研究所进行研究申请，由此可知，该项技术还处于发展和往更好的应用方面进行改进的阶段。
统计更多的申请人对申请人的类型作对比，如图4：
图5是由前60名的申请人进行统计得出的结果，由图5可以看出，公司申请占到29%的比例，说明该项技术在产业化上已经有所应用，只是目前还没有得到大范围的应用。该项技术是基于PID的控制思想发展起来的，众所周知PID技术在工业上的应用已经取得了很大的成果，自抗扰控制技术继承了PID控制的特点又在一定程度上可以满足PID达不到的技术指标，因此，自抗扰控制技术在未来的发展是不可估量的。
国内外申请人及申请数量对比（图5）：
由图6可知，该项技术在国外的发展并不是很好，申请人和申请数量都远远低于国内申请人的。由于该项技术起源于中国，之后由中国人引入国外，因此，该项技术在国外的专利方面尚未得以发展，一项技术的发展都会经历理论到实践的过渡，由其在中国的发展可以预见该项技术在以后的发展历程中也会在国外的相关企业得以发展和应用，实现其应用的经济和社会价值。
参考文献
[1] 异步电机自抗扰控制的动态性能分析[J].马幼捷，刘增高，周雪松，王辉.制造业自动化.2009（04）.
[2] 基于ADRC的直接转矩控制系统及其性能[J].万宇宾，胡婵娟，赵金，王永骥，万淑芸.武汉大学学报（工学版）.2009（01）.
[3] 自抗扰控制器解决感应电机调速系统参数鲁棒性问题[J].段小丽，任一峰.电气技术.2009（02）.