分数阶线性定常系统的状态反馈镇定

研究了在分数阶受控系统中稳定性的问题。假定分数阶系统是在线性定常的情况下,利用状态反馈的方法,构造状态反馈矩阵以实现对系统的稳定性控制;给出了分数阶系统由状态反馈镇定的条件及其证明,并给出了状态反馈镇定的综合算法。仿真实例证明了采用状态反馈实现系统镇定的可行性和有效性。     

分数阶PIλDμ控制器的一种状态空间实现

首先回顾了分数阶微积分、分数阶系统和分数阶PIλDμ控制器的数学描述,对于一类分数阶SISO被控对象,提出了一种基于整数阶微分算子的分数阶PIλDμ控制器的S平面状态空间实现.同时,在Matlab Simulink仿真平台实现了基于Oustaloup连续滤波器法的分数阶微分算子和该状态空间实现,并基于遗传算法整定了状态空间参数.仿真结果验证了该状态空间的有效性与正确性.     

分数阶系统状态空间描述的数值算法

利用Grünwald-Letnicov分数微积分定义计算分数微积分的数值解,计算精度仅为1阶,不能满足快速收敛性要求.给出并证明了分数阶微积分的高阶近似所应满足的条件,并在此基础上推导出分数阶线性定常系统状态空间描述的数值计算公式.本法不但公式简单易编程,而且具有计算精度高、运算速度快等优点.给出一个粘弹性动态系统的仿真实例,验证了其有效性.     

分数阶线性系统的内部和外部稳定性研究

介绍了分数阶线性定常系统的状态方程描述和传递函数描述．运用拉普拉斯变换和留数定理，给出并证明了分数阶线性定常系统的内部和外部稳定性条件，并讨论了其相互关系．以一个粘弹性系统的实例验证了上述方法的正确性．     

分数阶系统的分数阶PID 控制器设计

对于一些复杂的实际系统,用分数阶微积分方程建模要比整数阶模型更简洁准确.分数阶微积分也为描述动态过程提供了一个很好的工具.对于分数阶模型需要提出相应的分数阶控制器来提高控制效果.本文针对分数阶受控对象,提出了一种分数阶PID控制器的设计方法.并用具体实例演示了对于分数阶系统模型,采用分数阶控制器比采用古典的PID控制器取得更好的效果.     

基于分数阶积分器的分数阶混沌系统状态观测器同步研究

提出了一种基于分数阶积分器的分数阶混沌系统状态观测器同步算法。通过引入一个新的变量,该变量是将驱动系统的输出信号与传输信道中干扰的和进行分数阶积分处理,然后再作为输入信号加到观测系统中,以便实现分数阶混沌系统的状态观测系统同步。然后利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式证明了该方法的正确性。将该同步方法应用于分数阶Chen混沌系统,得出了同步误差曲线,仿真结果表明了该同步方法的有效性,最终实现了分数阶混沌系统的状态观测器同步。     

一类不确定分数阶混沌系统的同步控制

针对一类参数未知,状态不能全部测量的分数阶混沌系统的同步控制问题,结合状态观测器和自适应方法,提出了一种更符合工程实际的新的控制方案,利用分数阶微积分稳定性理论,给出了基于状态观测器的控制律和自适应律。该同步方法理论严格,没有强加在系统上的限制条件,适用范围比较宽,便于实现,并且保留了非线性项,达到同步的时间短。以分数阶R~ssler系统为研究对象,实现了参数未知,状态不能全部测量的分数阶混沌系统同步。理论分析与计算机仿真结果证实了该方法的有效性。     

含有有色噪声的非线性分数阶系统自适应扩展卡尔曼滤波器

研究了含有未知参数的情况下，分别含有分数阶有色过程噪声和有色测量噪声的连续时间非线性分数阶系统状态估计问题.采用Grünwald-Letnikov （G-L）差分方法和1阶泰勒展开公式，对描述连续时间非线性分数阶系统的状态方程进行离散化和线性化.构造由状态量、未知参数和分数阶有色噪声的增广向量，设计自适应分数阶扩展卡尔曼滤波算法实现对有色噪声情况下的连续时间非线性分数阶系统的状态和参数的估计.最后，通过分析两个仿真实例，验证了提出算法的有效性.     

分数阶Birkhoff系统基于Caputo导数的Noether对称性与守恒量

在Caputo分数阶导数下研究分数阶Birkhoff系统的Noether对称性与守恒量.首先,定义Caputo分数阶导数下的分数阶Pfaff作用量,建立分数阶Birkhoff方程及其相应的横截性条件;其次,基于Pfaff作用量在无限小变换下的不变性,分别在时间不变和时间变化的无限小变换下,给出了不变性条件.基于Frederico和Torres的分数阶守恒量概念,建立了分数阶Birkhoff系统的Noether定理,揭示了分数阶Noether对称性与分数阶守恒量之间的内在联系.     

分数阶控制系统的仿真方法

该文对分数阶控制系统提出了一种数值仿真方法。该方法根据Riemann—Liouville定义的分数阶积分和微分，利用δ函数的过滤性质，得到分数阶积分和分数阶微分的近似计算，推导出了相应的分数阶微分方程的数值求解方法，从而得到了分数阶控制系统的一种仿真算法。利用“短记忆法则”对此仿真方法进行改进，可以减少计算量、提高运行速度。文中给出了一些仿真例子，仿真研究结果表明该方法是有效的，它可适用与不同的分数阶系统。对于分数阶控制系统的仿真研究具有一定的实际意义。     

分数阶系统变阶次状态空间建模及稳定理论

结合分数阶微积分算子的叠加原理,提出了变阶次状态空间建模方法.将分数阶系统推广到状态空间领域,实现了最小阶状态空间转换,并可根据实际需要通过增加状态变量来提取某一阶次的输出信号.对于各阶次均小于1的变阶次状态空间实现的分数阶系统,提出了变阶次分数阶系统的稳定性判定定理.最后通过实例仿真验证了所提出方法的有效性.     

分数阶控制系统

随着基于分数阶次的数学理论日益完善,分数阶控制系统也越来越广泛地被研究和讨论。为了完善分数阶控制系统的理论体系,给出了分数阶系统的总体综述。介绍了分数微积分的定义,给出了分数阶线性定常系统的传递函数和状态空间描述,简要介绍了分数阶控制系统的复频域分析和分数阶控制器及控制器的设计方法,并分析了几种设计方法的优缺点。分数系统的研究必然能找到合适的切入点广泛地进入现代控制领域,为真正实现工业控制自动化提供强有力的理论依据。     

基于模糊估计的可调分数阶PID控制器设计

可变分数阶微分环节直接影响分数阶PID控制器性能,设计分数阶PID控制器需要根据被控对象传递函数凭经验调整微分阶次。采用Oustaloup间接离散法数字实现分数阶微积分,再基于模糊估计由特定分数阶次近似得到任意分数阶次微积分环节,根据参数整定规则确立各环节系数,设计了一种可调分数阶次的PID控制器。仿真实验证明,此方法得到的微积分环节对控制系统性能没有影响,根据整数阶被控对象传递函数调节微分阶次,分数阶PID控制器有较好的控制效果。     

一种分数阶预测控制器的研究与实现

本论文研究了一种新型预测控制器RTD-A的分数阶实现方法及应用. 与常规控制器比较, RTD-A控制器具有参数意义明确, 易于整定和实施的优点. 论文将RTD-A控制器扩展到分数阶形式, 并与经Z-N法整定的分数阶PI?D1控制器和Wang-Juang-Chan法整定的PID控制器进行了比较. 所提出的分数阶预测控制器在设定值跟踪, 克服负荷扰动, 鲁棒性等方面都有较理想的控制性能. 仿真结果验证了这种分数阶预测控制器的有效性.     

分数阶Fourier变换在多分量信号谱图分析中的应用

作为时频分析方法的一种,谱图对多分量信号分析时受交叉项影响,特别是当信号相隔很近时尤为严重,而且频率分辨率会受影响。给出了结合分数阶Fourier变换（FrFT）对多分量信号进行谱图分析的方法。首先利用分数阶二阶矩极值点而找到相应的最优旋转阶数,对所给多分量信号按此阶数做分数阶Fourier变换,再在此基础上做谱图分析。仿真实例表明,该方法对初始频率、调频率很接近的多分量的chirp信号能有效识别,交叉项可得到较好的抑制。     

分数阶非线性多智能体系统的一致性研究

研究固定拓扑结构下的分数阶非线性多智能体系统协调控制的动力学模型问题。由于实际多智能体系统中,系统的状态变量难以全部测量,为了克服这一困难,利用状态观测器对系统状态进行重构并基于重构状态进行状态反馈。利用分数阶Lyapunov稳定性理论,证明了当反馈增益矩阵满足一定的线性矩阵不等式（LMI）条件时,系统中的智能体最终趋于所给定的目标状态。最后利用分数阶微积分的预估-校正算法进行数值仿真验证了理论分析的有效性和可行性。     

分数阶微分滤波器及高斯分布参数估计

设计了一种分数阶微分滤波器．利用此滤波器可实现信号的分数阶微分，使得分数阶微分计算简单化．首先，采用此滤波器获得高斯分布的分数阶微分；然后，通过对高斯分布的分数阶微分的分析，建立了高斯分布的分数阶微分的过零点与微分阶数之间的关系和高斯分布的分数阶微分的最大值与微分阶数之间的关系；最后，得到了一种估计高斯分布参数的新方法．     

分数阶Hartley级数展开

论文在分数阶Hartley变换(FRHT)的基础上,提出了一种分数阶Hartley级数展开方法。这种新的展开方法可应用于任意中心频率的chirp类信号,克服了分数阶Hartley变换限制信号的中心频率必须等于特定值倍数的缺点。     

一类分数阶系统的分析及控制器设计

针对一类与传统一阶惯性环节传递函数结构类似的分数阶系统,推导出该类分数阶系统稳定的参数取值范围,并给出了不同时间响应与分数阶阶次的对应关系.然后基于该类分数阶系统同时设计了分数阶PIλ控制器和整数阶PI控制器,控制器参数采用粒子群优化算法得到.结果表明:在控制该类对象时两者均能取得很好的控制效果,证明了本文所提方法的有效性.但由于整数阶PI控制器比分数阶PIλ控制器简单且便于实现,因此在工程应用中针对该类分数阶对象选择PI控制器即可满足要求.