干扰观测器-详述记录

--------------------------------------------------扰动观测器----------------------------------------------------------

包括线性、非线性、时域、频域

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1.DOB  ((Linear/nonlinear) disturbance observer.)   by Ohishi,Kiyoshi,

原理：滤波，系统实际控制输入与计算输入（由系统标称模型计算获得）的差值，来获得扰动和不肯定性的估计。

适用范围：频域线性系统，最小相位； 也能够处理：非最小相位，鲁棒稳定性等。

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2.ESO (Extended state observer)    UIDO by Johnson and Han ,

原理 : 把扰动和不肯定性 扩张成系统状态，设计传统的状态观测器，高增益 观测器-----------

适用范围： 时域线性 和非线性 ；   也能够处理： 鲁棒稳定性。

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2.1  这篇文章研究了以上之间的关系 ，并提出了Functional  Disturbance Observer (FDOB)函数 扰动观测器，

由于在扰动过程当中，不是全部状态信息都须要。FDOB 能够看作降阶观测器，可是它适用于多输入多输出系统

“ On Relationship between Time-Domain and Frequency-Domain Disturbance Observers and Its Applications”   MathWorks 论坛含代码

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2.2  降级扰动观测器       By Kim ,and Jinya Su

原理： 首先对扰动进行扩张 ，而后基于此  设计函数阶观测器

适用范围： 离散时间线性系统， 对扰动有模型假设。 优势： 降阶 ，不须要系统彻底可观； 缺点： 对测量噪声相对敏感

“Reduced order disturbance observer for discrete-time linear systems”   论坛含代码

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3  非线性扰动观测器 NDOB

使用范围： 非线性系统， 状态全可测.

参考文献：‘A nonlinear disturbance observer for robotic manipulators’ (2000)

'Disturbance observer based control for nonlinear systems' (2004)

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4. 高阶扰动观测器

原理： 经过多项式对扰动建模估计 ，运用扩张状态的方式 来估计扰动。 

由于运用了更多的扰动先验信息，通常状况下扰动估计性能会更好。

使用范围： 线性系统，非线性系统（状态全可测，或者部分可测）。 对扰动有模型假设

‘High order disturbance observer design for linear and nonlinear systems’

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 5.高阶滑模扰动观测器  Levant ,Arie IJC 03

原理： 高阶滑模微分器的变形

适用范围： 对扰动估计可以实现有限时间。 传统的滑模观测器， 扰动估计噪声比较大， 应用时要加额外的滤波器

‘Continuous nonsingular terminal sliding mode control for systems with mismatched disturbances.’

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6. 随机离散时间系统

原理 ： Kalman filter 和Unknown input observer 的推广

适用范围： 离散时间线性系统， 高斯噪声。  优势： 对扰动没有模型假设

‘On existence ,optimality and asymptotic stability of the Kalman filter with partially observed inputs’

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7.存在驱动器饱和情形下的扰动观测器设计

原理： 把驱动器饱和建模。 优势： 不少

适用范围： 非线性系统

‘Disturbance observer based control with anti-windup applied to a small fixed wing UAV for disturbance rejetion’

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第一是ADRC里面的扩展观测器（ESO）。ADRC主要仍是不基于模型的，将被控对象看为一个标准的写成能控型的系统，将非线性项和外部干扰都统一归于“干扰”。举个例子：

v(t)是外部干扰，adrc设计的理念是将系统看为：

将x^2和v(t)都看做是w（t）这个干扰了。
好处是在于不须要知道系统精确模型，坏处有两个：每每不能估计外部的干扰“v（t）”究竟是多少；须要必定的时间和经验去试凑参数。
建议阅读文献：

[1] From PID to ADRC
[2] Tuning method for second-order active disturbance rejection control

第二个是ohnishi kouhei提出来的disturbance observer。这个主要仍是基于模型的，或者说给了参考模型的，而后比较plant和这个参考模型的输出，来估计干扰。并无真正用过。感受算是在纯模型的和纯经验的一种折中吧。
建议阅读文献：
[3] Stability and Robustness of Disturbance Observer based Motion Control Systems