便携式制氧机使用微型电机就可制氧！便携制氧机，因为要随时携带，所以需要微型压缩机的速度稳定、噪声低、能效高。

便携制氧机是在传统插电制氧机的基础上进行小型化。主要将传统的基于交流异步电机的压缩机，改为基于直流无刷电机的微型压缩机，工作电压在12~24V，并且使用锂电池供电，小小一个背包在身，一般可以连续4个小时以上供氧。

PID算法是在1936年完整提出的，它是一种在自动控制技术中占有非常重要地位的控制方法。PID控制理论从诞生之日就和电机深深捆绑在一起，时至今日，有电机的地方，一般背后就有PID的身影，例如空调、无人机、机器人等等。

• P：Proportion比例，它的作用是放大误差E(t)，E(t)越大输出电压U(t)越大，速度越快被修正回来，但如果误差E(t)太大，输出电压U(t)就可能过大、速度会超调（跑多了）。

• I：Integral积分，它的作用是将一段时间内的误差E(t)累加起来，累加的值越大，输出电压U(t)越大，也就是如果速度长时间只存在一点点误差，P比例单元不好控制，等一段时间后，I积分输出足够大的电压，速度才被修正过来，这会有延时。

• D：Differential微分，它的作用是将当前的误差E(t)和上一次的误差E(t-1)相比较，如果E(t)更大，误差就有越来越大的趋势，就增大电压U(t)将速度预先修正。

PID是否有“事后诸葛亮”的感觉？P、I、D中每个单元都要等误差出现才做事，没误差就不做事，误差大就调整大，误差小就调整小。这会导致控制反应慢。

• 跟踪微分器

  不单要跟踪用户给定的目标速度，还要跟踪它的变化趋势，即加速度，例如目标速度瞬间增大，不能像PID那样等到速度有误差产生了，才让D去算差多少、怎样做，跟踪微分器实时跟踪着加速度，让后面的环节立刻跟上。

• 状态误差反馈控制律

  和PID控制器相当，也是根据误差输出的，只不过它不仅要控制速度误差（跟踪速度 - 观测速度），还要控制加速度（跟踪加速度 – 观测加速度），最终让这两个误差同时为零。状态误差反馈控制律的做法有很多选择，可繁可简，对于电机控制，一般使用PID的“P”比例和“D”微分就有不错的效果；P负责控制速度，让“跟踪速度”和“观察速度”相等；D 负责控制加速度，让“跟踪加速度”和“观察加速度”相等。

• 扩张状态观测器

  这是ADRC的“灵魂”所在，一方面根据实际速度，观测出观测速度（理想时等于实际速度）和观测加速度，参与到状态误差反馈控制律的速度和加速度的调节；另一方面根据实际速度和控制电压U，估算出观测扰动，例如多少电压、速度就应该多少，这是已知的，如果不是这样，也就意味着有干扰，观察扰动就叠加到Uo上，调整最终给电机的电压U，让速度调整过来，其中bo和1/bo是根据驱动器调节好的比例参数。有了扩张状态观测器这个“自抗扰”的功能，就无需像PID那样“躺平”，有误差来才做事。

ADRC的特点

1. 速度稳定

无油空气压缩机的工作过程就是要来回压缩、排气，电机在压缩空气时遇到的阻力极大，而排气时阻力几乎为零。如果FOC采用PID算法控制速度，在这种情况下速度无法很好地稳定，而ADRC依靠扩张状态观测器，观测出扰动（阻力变化）后自动补偿，速度波动可以减低5~10倍。如下图，12V无油空气压缩机，同样工作在1000RPM（转/分）, PID调速的速度波动在40~50RPM，而ADRC在3~5RPM。采用ADRC的便携制氧机，工作时的震动更小、噪声更低。

PID由于调节速度时“需要速度误差”，所以在加速或减速过程中，往往会“跑过头”，之后才“发现错误”修正回来，这个现象称为超调，并且在加速、减速的过程中，实际速度往往无法完全跟随参考速度，这个时候需要更大的电流去调节。ADRC首先依靠扩张状态观测器修正误差，然后跟踪微分器跟踪着加减速，最后采用工业的S形加减速控制，让实际速度和参考速度几乎完全重合，需要的电流也更小。下面是24V医疗风机的对比图，因为PID在加速和减速时，实际速度无法跟上参考速度，电源需要5A以上，而ADRC 实际速度和参考速度几乎完全重合，电源只需3A。采用ADRC控制算法的便携制氧机将更省电。