分数阶微积分在数学领域中是一门古老而又新颖的课题,是传统整数阶微积分的扩张。近些年来随着分数阶微积分理论的发展,分数阶微积分理论应用于控制理论和控制实践的研究已经开始,并不断取得一些很好进展。目前,对于分数阶控制系统的研究还不是很全面,所有的研究都只是基础性的,还有很多问题有待进一步深化研究。在前人研究基础上,本文主要在以下几个方面对分数阶控制系统进行了深入的研究:根据分数阶自身特点,改进NLJ使其用于分数阶优化辨识,仿真表明该辨识方法是很理想的。借鉴整数阶结构模型辨识的思想,本文提出模型结构辨识,由于现在分数阶系统都是基于已知阶次或者结构上的辨识,所以本文这一思想具有一定的历史和现实意义。改造Adaline网络结构,用其核心思想使其适用于分数阶系统辨识,这种方法经过仿真表明其辨识效果良好。由于IMC整定控制器时,不可避免引入模型误差,因此本文在IMC基础上对分数阶IMC控制器的系数进行优化,弥补模型引起的误差。仿真也表明其效果由于单独的IMC方法。借鉴整数阶全维观测器方法,把它用于分数阶系统观测器的设计上,并针对分数阶系统自身特点进行稳定性改进和限制,使其适合分数阶观测器设计。