中文摘要：

现代机械工业中对精密运动或加工综合精度指标要求已提高到微米级，这对交流伺服系统在动态性能和鲁棒性方面提出了极高的要求，同时由于交流伺服系统存在耦合、死区、间隙、摩擦等各种非线性因素，使得传统基于整数阶微分方程描述的整数阶控制策略很难满足要求。本项目旨在分数阶微积分理论的基础上，建立一种适合于描述交流伺服系统固有特性的分数阶控制模型，并基于此模型，寻求具有良好动态特性和鲁棒性的分数阶控制新方法，并完成数字化实现。项目主要研究内容包括建立交流伺服系统的线性与非线性分数阶模型；参数（惯量、时滞、增益、电机参数）摄动和负载扰动情况下交流伺服系统新型分数阶鲁棒控制策略；分数阶控制的实验研究和工程实现。本项目提出的分数阶QFT控制策略和分数阶滑模控制策略，是交流伺服系统鲁棒控制的新尝试，具有技术创新性，为分数阶控制在交流伺服系统中的应用奠定理论基础。

结论摘要：

交流伺服系统在先进制造等领域具有十分重要的作用。为了提高进一步提高精密运动或加工综合精度指标，要求交流伺服系统具有优异的动态性能和强鲁棒性。交流伺服系统存在的各种非线性因素使得传统基于整数阶微积分理论的控制策略很难满足要求。在此背景下，本项目以提高交流伺服系统动态性能和鲁棒性为目标，以分数阶微积分为理论基础，按照研究计划展开交流伺服系统鲁棒控制基础及应用研究。 本项目主要研究内容包含交流伺服系统分数阶滑模控制研究、分数阶QFT控制研究、变阶次分数阶滑模控制研究、分数阶PID控制、开放式交流伺服实验平台构建、分数阶控制的实验研究和工程数字化实现。 本项目取得如下重要结果（1）研究了分数阶PD型滑模控制算法以及分数阶PI型滑模控制算法，实现了交流伺服系统速度与位置的鲁棒控制。实验结果表明，当存在系统参数摄动、负载变化等非线性因素时，所设计的分数阶滑模控制器比传统整数阶滑模控制器具有更好的鲁棒性、更小的跟踪误差。此外，所设计的分数阶PI型滑模控制器，还可以克服传统积分滑模控制中由于大的初始误差或执行器饱和所导致的积分饱和效应以及暂态性能下降。（2）研究了分数阶滑模控制器的控制性能与不同分数阶次之间的关系，得到了控制性能最佳时对应的分数阶次取值范围。这一结论为分数阶滑模控制器的阶次选取提供参考。（3）提出了基于引力搜索算法的永磁同步电机分数阶QFT控制方法。将神经网络逆与永磁同步电机组成的复合伪线性系统等效为含有扰动的线性系统，然后基于QFT设计方法和分数阶微积分理论，提出了分数阶QFT控制方法，仿真结果验证了所提方法的有效性。（4）为了提高永磁同步电机位置控制系统在启动阶段位置响应的快速性以及负载扰动时位置响应的鲁棒性，提出了一种非线性复合积分滑模控制器，并在基于Simulink/QuaRC的PMSM硬件在环实时控制系统中做了性能测试与对比试验，试验结果证明了所提方法的有效性。（5）提出一种变阶次分数阶滑模控制算法，采用模糊推理原则动态获得控制器的最优阶次。仿真结果表明，在位置给定为阶跃输入时，所提出的变阶次滑模控制具有超调量小、对负载扰动抑制能力强等优点。（6）研发了一套基于Simulink/Quanser 的交流伺服系统硬件在环综合测试平台，在此平台上实现了分数阶控制算法的实验研究和工程数字化实现。