高性能伺服系统不仅需要很好的动态响应性能,而且需要良好的抗扰性能来应对系统外部扰动及模型参数的不确定性。工业中最常用的控制方法是经典的PID控制,该方法是建立在确定被控系统的精确模型基础之上。然而几乎所有的实际控制系统都很难得到其精确的数学模型,这就导致传统的PID控制方法难以满足准确快速稳定的控制要求。为了实现对高性能伺服系统这一类系统的精准控制,本文将干扰观测器与分数阶微积分控制理论相结合,研究了分数阶干扰观测器的设计及其应用,主要研究工作及取得成果如下:(1)分析了经典干扰观测器的鲁棒稳定性及扰动抑制原理,为了解决经典干扰观测器结构存在微分环节而导致的对高频测量噪声放大的问题,研究了一种改进型干扰观测器结构,达到对低频扰动有效观测和对高频噪声有效滤除的共同抑制效果。(2)分析了改进型干扰观测器设计中低通滤波器的参数对系统性能的影响,并在此基础上结合分数阶微积分控制理论,将低通滤波器推广到分数阶滤波器,设计了基于改进型干扰观测器的分数阶干扰观测器,解决了经典干扰观测器在鲁棒稳定性与干扰抑制能力之间的矛盾,提高控制系统设计的灵活性。(3)研究了分数阶干扰观测器的数字化实现,分析了不同离散近似化方法处理下的分数阶滤波器的逼近效果。将所设计的基于分数阶干扰观测器的抗扰控制策略进行实验研究,在Quanser半实物实验平台上验证了本文所设计的分数阶干扰观测器对系统存在的不确定性扰动具有很强的鲁棒性。(4)进一步研究了本文所设计的分数阶干扰观测器在实际应用中的干扰抑制效果,选择两轴两框架机载光电稳瞄平台为实验对象,分析了影响系统稳定的扰动因素,为仿真实验的设计提供了更多的参考依据。实验结果表明,本文所设计的分数阶干扰观测器不仅拥有干扰观测器不受模型误差影响、有效补偿干扰的优点,还吸收了分数阶控制响应快、鲁棒性强的特点。