为本科生开设自抗扰控制技术相关课程正当其时

赵春哲 熊江 林晓然

1.重庆三峡学院 计算机科学与工程学院,重庆 404100

为本科生开设自抗扰控制技术相关课程正当其时

赵春哲 熊江 林晓然

1.重庆三峡学院 计算机科学与工程学院,重庆 404100

自抗扰控制; 高等教育; 课程

1 开设自抗扰控制相关课程的意义

ADRC技术是中科院韩京清研究员发明的一种非线性控制技术，其目的在于解决复杂工业设备往往带有强非线性、强干扰，高性能控制难以实现的问题。

围绕运用ADRC解决工程问题，已有不少研究工作。Google学术搜索中与ADRC有关的条目已有数万条，国际期刊上与ADRC有关的研究工作也不断增多。在国外，ADRC已经在多个重要领域得到应用。而国内的多数研究仍处于仿真研究阶段，实物、半实物实验较少。

ADRC技术虽然诞生于国内，却在我国不够普及。我国掌握ADRC技术的人员，主要是工作在高校或研究所之内的科研人员。他们的兴趣首先在于研究和探索A DR C理论，对应用问题以及ADRC技术的普及兴趣有限。此外，我国的公司企业与科研院所之间的联系不紧密，工业生产一线的技术人员有时不了解甚至不信任来自科研院所的研究成果，难以将新技术转化为实际产品。

鉴于此，有必要在高等院校开设与A DR C相关课程。此举顺应社会发展的需要，能够促进ADRC技术的传播，提升高校毕业生的个人实力，促进ADRC理论的研究和发展，具有非常重大的现实意义。

2 开设ADRC相关课程的条件和方式

2.1 开设ADRC相关课程的基本条件

A DR C的理论分析难度较大，但学习ADRC技术的应用并不困难。学习ADRC，需要微分方程的部分概念，有高等数学基础就可以理解。再具备基本的控制理论、控制工程或系统理论知识，就可以学习ADRC技术的使用。而我国高校的理工科专业，很多开设了讲授控制理论、控制工程或者系统理论的课程。换言之，很多国内高校具备了开设ADRC相关课程的基本条件。

2.2 开设ADRC相关课程的方式

开设ADRC相关课程，效果最好的无疑是独立开课。具体实施过程中，教材可以选用韩京清研究员的专著《自抗扰控制技术：估计补偿不确定因素的控制技术》。这部著作，是韩京清研究员多年理论研究与实践经验的总结，也是目前ADRC理论的唯一专著。

讲授过程中，第一章可以安排两个学时，通过剖析PID控制器的工作原理，引出ADRC思想的基本内容。而第二章《跟踪微分器》的内容在教材中相对独立，课时安排也比较灵活，对于多数专业，用四个课时左右即可掌握最基本的跟踪微分器设计方法。如果需要深入研究跟踪微分器的滤波功能，可自行增加课时。第三章介绍ADRC思想中的重要组成，非光滑反馈。由于非光滑反馈技术具有一定难度，所以建议在讲授时以介绍和演示为主，两个学时就够。一般说来，扩张状态观测器是自抗扰控制器的核心组件，第四章《扩张状态观测器》也是本课程的重要教学内容，在这一章应投入六个学时以上。第五章的内容非常丰富。它包含了非线性PID控制器的一些内容；也介绍了ADRC的设计技巧和设计思路。因此，本章的课时安排也是非常灵活。如果只介绍最基本的ADRC设计方法，四个课时就够了，如果想介绍非线性PID等其它内容，就需要增加课时的投入。第六章《自抗扰控制器的应用》中给出了大量的自抗扰控制设计范例，几乎包含了全部的自抗扰控制经典应用，建议在这一章至少要选讲四个以上具体的算例，投入八个以上的课时，让学生将前面的理论知识投射到解决应用问题上。有条件的可以进一步增加课时，或者设置实验课时予以配合。

综上，独立开设ADRC相关课程，需要26～28以上的理论课时，如果条件允许，还应该设置实验课时，或者根据专业需要增加特定环节的课时。这无疑会对现有的课程体系产生一定影响。

事实上，有一种对现有课程体系几乎没有影响的方式，就是在现有的控制理论、控制工程、系统理论、数学实验、单片机开发或者其它相关课程中，插入与ADRC有关的内容。具体而言，可以用2到4个学时，讲授ADRC技术的基本思想、适用场合、特色、优势，以及自抗扰控制器设计的基本方法，并鼓励学生在课下积极实践。这种方式的优点在于灵活简便，对现有课程体系影响最小，而且可以不改变现有教材，将ADRC相关内容作为补充知识进行讲解。但是，这种方式仅能让学生初步了解ADRC技术，如果他们希望熟练使用ADRC技术，还需要经过刻苦认真的自学。

最后，在某些举办暑期讲座或者“小学期”等教学活动的高等院校，也可以采取一种介于上述两种方式之间的开设方法，就是在小学期内开课讲授ADRC技术。这种方式，对课程体系影响不大，又可以保证一定数量的课时，是一种折中的做法。具体实施中，可以以第一种开课方式为蓝本，进一步压缩理论内容，以保证讲授技术内容的课时。

3 结语

在高等院校开设ADRC相关课程顺应社会发展的需要，能促进ADRC技术的传播，提升高校毕业生的实践能力和竞争实力，会促进自抗扰控的理论发展和工业应用，为系统科学、控制理论等学科培养后备人才。对高等院校本身而言，开设ADRC相关课程，还可以造就一批熟悉ADRC思想的教师，促进系统科学、数学、自动控制、过程控制等多个理工类学科的共同进步，大有可能形成一个富有活力的研究方向。

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[4]马幼捷, 刘增高, 周雪松,等. 自抗扰控制器的原理解析[J]. 天津理工大学学报,2008,24(4)：27～30.

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[6]科学院数学与系统科学研究院, 2011.

[7]韩京清. 自抗扰控制技术: 估计补偿不确定因素的控制技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2008.

Zhao Chunzhe Xiong Jiang Lin Xiaoran

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

基于扩张状态观测器的自抗扰控制 (ADRC)技术，是中科院韩京清研究员发明的一种非线性控制技术，在国际国内得到了广泛的应用，前景非常广阔。在高等院校开设自抗扰控制相关课程顺应社会发展的需要，能够促进自抗扰控制技术的传播，提升高校毕业生的实践能力和竞争实力，有助于促进自抗扰控的理论发展和工业应用，为系统科学、控制理论等学科培养后备人才。

A

赵春哲(1983－),男,博士, 讲师, 研究领域为系统建模与控制理论,导航制导与控制。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.097