2024先进动力系统智能控制国际集训营第二讲——自抗扰控制理论与方法

2024年8月1日，由中国内燃机学会主办，中国内燃机学会内燃动力智能技术分会、天津大学先进内燃动力全国重点实验室共同承办的2024先进动力系统智能控制国际集训营第二讲顺利结束。第二讲由中国科学院数学与系统科学研究院的薛文超研究员，做主题为自抗扰控制理论与方法的授课。薛老师多年来主要研究不确定系统智能控制、机器学习/分布式系统估计、航空航天系统控制等领域，是控制方向的专家。课程由内燃动力智能技术分会秘书长、天津大学宋康副教授主持。

薛老师在《自抗扰控制的理论》课程中，深入浅出地引领学员从工业基石PID控制切入，探讨了其广泛应用背后的简洁高效。

随后，他揭示了韩京清先生的自抗扰控制（ADRC）理论，特别是通过扩张状态观测器（ESO）实时观测并补偿系统总扰动，展现了不依赖精确模型设计的智慧。薛老师详析了经典ADRC架构及闭环系统性能，指出ESO带宽调节对扰动估计与抵消的关键作用，确保系统动态性能可控。

进一步，他聚焦前沿，介绍了三种创新ADRC方法：首先，并行ESO设计及其闭环分析，强调通过优化ESO参数实现更精准的扰动估计与快速响应；其次，卡尔曼滤波与ESO的融合策略，利用卡尔曼滤波的线性最优估计优势处理高频噪声，结合ESO处理非线性扰动，实现更鲁棒的控制；基于反步法的ADRC设计，展示了在复杂系统中通过逆向设计步骤构建控制律的新思路。这些新方法不仅拓宽了ADRC的应用领域，也为控制理论的发展注入了新活力。

最后，薛老师讲到了强化学习ESO调参方法及理论。随着ESO的带宽的增加，系统的瞬态响应能力提升，但是代价是稳态时的波动变大。由此带来的启发便是，先给一个较大的带宽，快速进入稳态之后再降低带宽，从而在降低稳态下的波动。基于此，首先将系统离散化，并且将带宽设置成时变增益，使用强化学习每隔几个采样步长就调节一次带宽。紧接着薛老师引用无人车纵向速度控制系统的例子，为大家细致解答了强化学习是如何按照需求调节ESO的带宽问题。

薛老师指出，ESO观测后的扰动补偿与PID中积分项的作用类似，都有消除稳态误差的作用，因此如果在扰动补偿后继续使用PID控制器有可能会造成二者功效上的耦合，最终出现一定的负作用。最终，2024内燃动力智能控制集训营第二讲在学员与老师互相交流、互相学习的氛围中圆满结束。

从薛老师的课程内容可以看出，传统的理论为我们提供了坚实的根基，而在其上不断地创新才是枝繁叶茂的必由之路。创新是发展的第一动力，在知识爆炸的时代，理论创新被视为推动社会进步的引擎。学校与企业间的紧密合作为这台引擎提供了源源不断的动力。唯有通过理论的创新，我们才能在激烈的竞争中脱颖而出，唯有通过实践的探索，我们才能够真正了解知识的应用和局限性。

据悉，本届集训营邀请了来自天津大学、大连理工大学、东南大学、同济大学、合肥工业大学等8所高校和中国科学院数学与应用科学研究院、艾迪捷信息科技(上海)有限公司等5家企业及研究院所的14位授课教师，围绕控制优化及学习算法的基础理论、多种类型动力系统的控制应用、控制系统开发测试的工具链3个层面开展专项培训。来自清华大学、同济大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、大连理工大学、北京交通大学、广西大学、武汉理工大学、哈尔滨工程大学、燕山大学、大连民族大学、浙江大学城市学院等12所高校和潍柴、玉柴、中国重汽、中国北方发动机研究所、康明斯、长安汽车、中国汽研、洛拖所、中科华盈等9家企业及研究院所的52名科研和技术人员报名参加。