扰动观测器

用名义模型反推出摩擦、负载等未知扰动，再在控制输入里把它抵消掉。

扰动观测器是运动控制里最常用的鲁棒控制工具之一，由大西公平（Kouhei Ohnishi）等人在 1983 年提出。思路是把摩擦、负载变化、模型参数误差和外力统统合成一个「集总扰动」，用简单的名义模型反推出来。以电机为例，名义上 J·θ̈ = K_t·i（J 是转动惯量，θ̈ 是角加速度，K_t 是力矩常数，i 是电流），实测的加速度和电流对不上，差出来的就是扰动力矩；再过一个低通滤波器得到估计值（截止频率决定估计带宽，太高会放大噪声），加回电流指令里抵消掉。这样被控对象表现得接近名义模型：外环 PD 只管跟踪性能，鲁棒性交给 DOB，两者可分开调。机器人碰撞检测用的动量观测器、自抗扰控制里的扩张状态观测器，思路都与它相近。

例子给关节电机加 DOB、外面套 PD 位置环：机械臂末端从空载变成挂上重物时，DOB 很快估计出多出来的负载力矩并补进电流指令，位置误差基本不受影响。把估计值里已知的重力、摩擦项扣掉，剩下的部分还能当作外力估计，这是不装力传感器做力控和碰撞检测的常见做法。

也叫

干扰观测器、DOb、DOBC、基于扰动观测器的控制

相关

状态观测器、动量观测器、自抗扰控制、无传感器力估计、鲁棒控制、摩擦补偿

来源

Sariyildiz, Oboe, Ohnishi: Disturbance Observer-based Robust Control and Its Applications: 35th Anniversary Overview (arXiv:1902.09032)
Hyungbo Shim: Disturbance Observer (arXiv:2101.02859)