交流伺服系统分数阶自适应控制方法

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。

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
5.2.2RBF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