本书是一部系统介绍交流伺服系统分数阶控制的专著，主要介绍基于模型和基于数据的自适应控制方法，具体包括分数阶微积分理论及交流伺服系统的分数阶建模方法、交流伺服系统的分数阶控制器参数图形化整定方法、单电机伺服系统的分数阶自适应控制方法、多电机伺服系统的分数阶自适应控制方法、数据驱动分数阶控制方法、数据驱动自适应扰动抑制方法和数据驱动多性能指标优化方法。
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序
前言
第1章 绪论 1
1.1 交流伺服系统发展概述 1
1.1.1 交流伺服系统控制面临的挑战 1
1.1.2 商业交流伺服系统介绍 2
1.2 分数阶微积分在控制领域中的应用 5
1.3 自适应控制方法概述 6
1.3.1 基于模型的自适应控制方法 7
1.3.2 基于数据的自适应控制方法 8
1.4 本书主要内容 9
1.4.1 控制对象 9
1.4.2 内容组织 10
第2章 分数阶微积分理论及交流伺服系统分数阶建模方法研究 14
2.1 分数阶微积分 14
2.1.1 分数阶微积分的定义 14
2.1.2 分数阶微积分的拉普拉斯变换 16
2.1.3 分数阶系统 16
2.2 分数阶控制器 18
2.2.1 分数阶PID控制器的基本结构 18
2.2.2 分数阶控制器的实现方法 20
2.3 交流伺服系统速度环控制结构 21
2.4 交流伺服系统分数阶模型及参数辨识 22
2.5 伺服系统实验平台 27
2.5.1 伺服电机系统实验平台 27
2.5.2 六关节工业机器人交流伺服系统实验平台 31
2.5.3 柔性旋转摆臂交流伺服系统实验平台 32
2.5.4 总线型双惯量弹性交流伺服系统实验平台 33
2.6 分数阶模型辨识实验验证 34
2.7 本章小结 36
第3章 交流伺服系统分数阶控制器参数图形化整定方法研究 38
3.1 含区间参数的分数阶控制器参数图形化整定方法 38
3.1.1 问题描述及基本定义 38
3.1.2 分数阶边界定理 40
3.1.3 基于确定参数模型的分数阶控制器稳定域求解方法 41
3.1.4 含区间参数的分数阶控制器参数图形化整定方法实现 44
3.1.5 仿真结果分析 46
3.2 非线性分数阶控制器参数图形化整定方法 49
3.2.1 非线性FOPID控制器稳定域求解方法 49
3.2.2 非线性FOPID控制器域求解方法 52
3.2.3 仿真结果分析 55
3.3 含区间阶次的分数阶控制器参数图形化整定方法 59
3.3.1 问题描述及基本定义 59
3.3.2 基于区间阶次常时滞模型的分数阶控制器稳定域求解方法 60
3.3.3 基于区间阶次时变时滞模型的分数阶控制器稳定域求解方法 63
3.3.4 仿真结果分析 64
3.4 实验验证 67
3.5 本章小结 73
第4章 单电机伺服系统分数阶自适应控制方法研究 74
4.1 基于模型的分数阶控制器参数数值化整定方法 74
4.1.1 时域及频域性能指标 74
4.1.2 改进型SMDO算法 77
4.1.3 基于ESMDO算法的FOPID控制器参数整定方法 83
4.2 基于递推最小二乘法的分数阶自适应控制方法 85
4.2.1 在线模型辨识算法 85
4.2.2 控制参数数据库构建策略 87
4.2.3 基于数据库的FOPID控制器参数在线整定方法 88
4.2.4 仿真结果分析 90
4.3 基于小波神经网络的分数阶自适应控制方法 92
4.3.1 基于小波神经网络的FOPI控制器参数在线整定方法 92
4.3.2 基于小波神经网络的FO[PI]控制器参数在线整定方法 99
4.3.3 仿真结果分析 102
4.4 基于神经网络的分数阶自适应反步法 107
4.4.1 问题描述及基本定理 107
4.4.2 分数阶扰动观测器设计 108
4.4.3 自适应反步滑模控制器设计 110
4.4.4 仿真结果分析 115
4.5 实验验证 117
4.5.1 数值化整定方法 117
4.5.2 自适应控制方法 124
4.6 本章小结 131
第5章 多电机伺服系统分数阶自适应控制方法研究 132
5.1 含未知参数的多电机伺服系统自适应状态反馈法 132
5.1.1 问题描述 132
5.1.2 自适应控制器设计 133
5.1.3 仿真结果分析 138
5.2 含时变参数的多电机伺服系统自适应反步法 139
5.2.1 重要引理 139
5.2.2 RBF神经网络 139
5.2.3 问题描述 140
5.2.4 控制器设计 141
5.2.5 仿真结果分析 145
5.3 含未知控制方向的多电机伺服系统自适应反步法 147
5.3.1 问题描述 147
5.3.2 分数阶多Nussbaum函数法 148
5.3.3 模糊逻辑系统 149
5.3.4 控制器设计 150
5.3.5 稳定性分析 156
5.3.6 仿真结果分析 157
5.4 本章小结 160
第6章 数据驱动分数阶控制方法研究 161
6.1 数据驱动分数阶控制器参数离线整定算法 161
6.1.1 基于VRFT的分数阶控制器参数离线整定算法 161
6.1.2 理想滤波器的设计 163
6.2 数据驱动分数阶控制器参数在线校正算法 164
6.3 算法的稳定性分析与仿真验证 168
6.3.1 稳定性分析 168
6.3.2 仿真结果分析 175
6.4 实验验证 179
6.4.1 数据驱动分数阶参考模型 179
6.4.2 数据驱动分数阶控制方法 183
6.5 本章小结 192
第7章 数据驱动自适应扰动抑制方法研究 193
7.1 数据干扰与整帧丢失 193
7.2 数据驱动加权迭代反馈调整控制算法 195
7.2.1 数据扰动情况下的控制器参数整定准则 195
7.2.2 数据驱动加权迭代控制器参数整定算法 197
7.3 数据驱动加权迭代扰动补偿控制算法 198
7.3.1 考虑扰动补偿的控制器参数整定算法 198
7.3.2 数据干扰与整帧丢失信息的无偏估计 200
7.3.3 算法的收敛性与稳定性分析 202
7.3.4 仿真结果分析 207
7.4 实验验证 213
7.5 本章小结 219
第8章 数据驱动多性能指标优化方法研究 221
8.1 基于频率响应的性能指标约束条件 221
8.1.1 稳定性约束 221
8.1.2 频域性能约束 223
8.2 基于参考模型的性能指标约束条件 225
8.2.1 理想伯德函数闭环参考模型 225
8.2.2 时域性能约束 226
8.2.3 灵敏度函数约束 228
8.3 数据驱动多性能指标模型参考自适应控制算法 229
8.3.1 控制输入信号的幅值限制 229
8.3.2 分数阶模型参考自适应控制算法 230
8.3.3 仿真结果分析 232
8.4 实验验证 237
8.5 本章小结 242
参考文献 244
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