便攜式制氧機使用微型電機就可制氧！便攜制氧機，因為要隨時攜帶，所以需要微型壓縮機的速度穩定、噪聲低、能效高。

便攜制氧機是在傳統插電制氧機的基礎上進行小型化。主要將傳統的基于交流異步電機的壓縮機，改為基于直流無刷電機的微型壓縮機，工作電壓在12~24V，并且使用鋰電池供電，小小一個背包在身，一般可以連續4個小時以上供氧。

PID算法是在1936年完整提出的，它是一種在自動控制技術中占有非常重要地位的控制方法。PID控制理論從誕生之日就和電機深深捆綁在一起，時至今日，有電機的地方，一般背后就有PID的身影，例如空調、無人機、機器人等等。

• P：Proportion比例，它的作用是放大誤差E(t)，E(t)越大輸出電壓U(t)越大，速度越快被修正回來，但如果誤差E(t)太大，輸出電壓U(t)就可能過大、速度會超調（跑多了）。

• I：Integral積分，它的作用是將一段時間內的誤差E(t)累加起來，累加的值越大，輸出電壓U(t)越大，也就是如果速度長時間只存在一點點誤差，P比例單元不好控制，等一段時間后，I積分輸出足夠大的電壓，速度才被修正過來，這會有延時。

• D：Differential微分，它的作用是將當前的誤差E(t)和上一次的誤差E(t-1)相比較，如果E(t)更大，誤差就有越來越大的趨勢，就增大電壓U(t)將速度預先修正。

PID是否有“事后諸葛亮”的感覺？P、I、D中每個單元都要等誤差出現才做事，沒誤差就不做事，誤差大就調整大，誤差小就調整小。這會導致控制反應慢。

• 跟蹤微分器

  不單要跟蹤用戶給定的目標速度，還要跟蹤它的變化趨勢，即加速度，例如目標速度瞬間增大，不能像PID那樣等到速度有誤差產生了，才讓D去算差多少、怎樣做，跟蹤微分器實時跟蹤著加速度，讓后面的環節立刻跟上。

• 狀態誤差反饋控制律

  和PID控制器相當，也是根據誤差輸出的，只不過它不僅要控制速度誤差（跟蹤速度 - 觀測速度），還要控制加速度（跟蹤加速度 – 觀測加速度），最終讓這兩個誤差同時為零。狀態誤差反饋控制律的做法有很多選擇，可繁可簡，對于電機控制，一般使用PID的“P”比例和“D”微分就有不錯的效果；P負責控制速度，讓“跟蹤速度”和“觀察速度”相等；D 負責控制加速度，讓“跟蹤加速度”和“觀察加速度”相等。

• 擴張狀態觀測器

  這是ADRC的“靈魂”所在，一方面根據實際速度，觀測出觀測速度（理想時等于實際速度）和觀測加速度，參與到狀態誤差反饋控制律的速度和加速度的調節；另一方面根據實際速度和控制電壓U，估算出觀測擾動，例如多少電壓、速度就應該多少，這是已知的，如果不是這樣，也就意味著有干擾，觀察擾動就疊加到Uo上，調整最終給電機的電壓U，讓速度調整過來，其中bo和1/bo是根據驅動器調節好的比例參數。有了擴張狀態觀測器這個“自抗擾”的功能，就無需像PID那樣“躺平”，有誤差來才做事。

ADRC的特點

1. 速度穩定

無油空氣壓縮機的工作過程就是要來回壓縮、排氣，電機在壓縮空氣時遇到的阻力極大，而排氣時阻力幾乎為零。如果FOC采用PID算法控制速度，在這種情況下速度無法很好地穩定，而ADRC依靠擴張狀態觀測器，觀測出擾動（阻力變化）后自動補償，速度波動可以減低5~10倍。如下圖，12V無油空氣壓縮機，同樣工作在1000RPM（轉/分）, PID調速的速度波動在40~50RPM，而ADRC在3~5RPM。采用ADRC的便攜制氧機，工作時的震動更小、噪聲更低。

PID由于調節速度時“需要速度誤差”，所以在加速或減速過程中，往往會“跑過頭”，之后才“發現錯誤”修正回來，這個現象稱為超調，并且在加速、減速的過程中，實際速度往往無法完全跟隨參考速度，這個時候需要更大的電流去調節。ADRC首先依靠擴張狀態觀測器修正誤差，然后跟蹤微分器跟蹤著加減速，最后采用工業的S形加減速控制，讓實際速度和參考速度幾乎完全重合，需要的電流也更小。下面是24V醫療風機的對比圖，因為PID在加速和減速時，實際速度無法跟上參考速度，電源需要5A以上，而ADRC 實際速度和參考速度幾乎完全重合，電源只需3A。采用ADRC控制算法的便攜制氧機將更省電。