干擾觀測器-詳述記錄

--------------------------------------------------擾動觀測器----------------------------------------------------------

包括線性、非線性、時域、頻域

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

原理：濾波，系統實際控制輸入與計算輸入（由系統標稱模型計算獲得）的差值，來獲得擾動和不肯定性的估計。

適用範圍：頻域線性系統，最小相位； 也能夠處理：非最小相位，魯棒穩定性等。

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

原理 : 把擾動和不肯定性 擴張成系統狀態，設計傳統的狀態觀測器，高增益 觀測器-----------

適用範圍： 時域線性 和非線性 ；   也能夠處理： 魯棒穩定性。

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2.1  這篇文章研究了以上之間的關係 ，並提出了Functional  Disturbance Observer (FDOB)函數 擾動觀測器，

由於在擾動過程當中，不是全部狀態信息都須要。FDOB 能夠看作降階觀測器，可是它適用於多輸入多輸出系統

「 On Relationship between Time-Domain and Frequency-Domain Disturbance Observers and Its Applications」   MathWorks 論壇含代碼

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2.2  降級擾動觀測器       By Kim ,and Jinya Su

原理： 首先對擾動進行擴張 ，而後基於此  設計函數階觀測器

適用範圍： 離散時間線性系統， 對擾動有模型假設。 優勢： 降階 ，不須要系統徹底可觀； 缺點： 對測量噪聲相對敏感

「Reduced order disturbance observer for discrete-time linear systems」   論壇含代碼

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3  非線性擾動觀測器 NDOB

使用範圍： 非線性系統， 狀態全可測.

參考文獻：‘A nonlinear disturbance observer for robotic manipulators’ (2000)

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

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4. 高階擾動觀測器

原理： 經過多項式對擾動建模估計 ，運用擴張狀態的方式 來估計擾動。 

由於運用了更多的擾動先驗信息，通常狀況下擾動估計性能會更好。

使用範圍： 線性系統，非線性系統（狀態全可測，或者部分可測）。 對擾動有模型假設

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

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 5.高階滑模擾動觀測器  Levant ,Arie IJC 03

原理： 高階滑模微分器的變形

適用範圍： 對擾動估計可以實現有限時間。 傳統的滑模觀測器， 擾動估計噪聲比較大， 應用時要加額外的濾波器

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

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6. 隨機離散時間系統

原理 ： Kalman filter 和Unknown input observer 的推廣

適用範圍： 離散時間線性系統， 高斯噪聲。  優勢： 對擾動沒有模型假設

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

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7.存在驅動器飽和情形下的擾動觀測器設計

原理： 把驅動器飽和建模。 優勢： 不少

適用範圍： 非線性系統

‘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裏面的擴展觀測器（ESO）。ADRC主要仍是不基於模型的，將被控對象看爲一個標準的寫成能控型的系統，將非線性項和外部干擾都統一歸於「干擾」。舉個例子：

v(t)是外部干擾，adrc設計的理念是將系統看爲：

將x^2和v(t)都看做是w（t）這個干擾了。
好處是在於不須要知道系統精確模型，壞處有兩個：每每不能估計外部的干擾「v（t）」究竟是多少；須要必定的時間和經驗去試湊參數。
建議閱讀文獻：

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

第二個是ohnishi kouhei提出來的disturbance observer。這個主要仍是基於模型的，或者說給了參考模型的，而後比較plant和這個參考模型的輸出，來估計干擾。並無真正用過。感受算是在純模型的和純經驗的一種折中吧。
建議閱讀文獻：
[3] Stability and Robustness of Disturbance Observer based Motion Control Systems