2018年, 第25卷, 第10期 
刊出日期:2018-10-20
  

  • 全选
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  • 汤健, 田福庆, 佘博, 吴志伟, 梁伟阁
    控制工程. 2018, 25(10): 1777-1784.
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    速射火炮旋转供弹机构与发射系统同步高速运动,及时识别其频发故障和预警其引发的灾难性停射故障是保证发射系统安全运行和抑制故障恶化的关键,对促进机械装备从定期维修、事后维修向视情维修转变意义重大。针对旋转供弹机构的故障诊断问题,从融合机械振动机理和振动数据的角度进行综述,将其分为旋转供弹机构频发故障识别、灾难性停射故障预警、转管武器装备振动机理及特征提取共3个层次,并对相关研究进展、应用以及局限性予以介绍。最后对供弹机构故障诊断的难点进行分析, 并展望旋转供弹机构故障诊断相关的振动机理数值仿真与机理分析、振动信号多域多尺度故障特征提取、频发故障选择性集成融合识别以及灾难性故障预警等难点热点问题。


  • 沈艳霞, 卞高峰, 林京京
    控制工程. 2018, 25(10): 1785-1790.
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    针对电机控制系统中电流传感器故障提出了一种自愈控制方式。考虑转子电阻不确定性,结合多项式混沌理论与卡尔曼滤波算法,设计了多项式混沌电流观测器,基于该观测器实现对电机系统中电流传感器的实时监测、故障诊断和故障隔离。在传感器正常时,利用观测器观测值进行故障诊断;当故障发生时,隔离传感器,观测器反馈观测值给控制电路,从而实现对系统的自愈控制,提高了系统稳定性。仿真结果验证了该方法的有效性。
  • 刘胜, 郭晓杰, 张兰勇
    控制工程. 2018, 25(10): 1791-1797.
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    针对具有非线性、强耦合和参数摄动特性的六相永磁同步电机转速控制问题,提出了一种新型指数趋近律并用于六相电机滑模调速系统,该趋近律将趋近速度与系统状态误差和滑模切换函数相关联,在增大趋近速度的基础上有效抑制了常规滑模控制固有的抖振现象。基于自适应模糊逼近思想,将新型指数趋近律中的切换项连续化,消除了滑模控制的抖振缺陷。仿真结果表明,基于新型指数趋近律的滑模控制策略响应速度快、控制精度高,而且对参数摄动和负载变化具有较好的鲁棒性,可以改善六相电机调速系统的动态品质。
  • 王培光, 刘爽, 王霞, 宗晓萍
    控制工程. 2018, 25(10): 1798-1804.
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    探讨一类柔性机械手臂在负载跳变时的跟踪控制问题。用切换模型中的切换信号表示由负载切换带来的参数跳变,建立柔性机械臂模型。依据奇异摄动法将柔性机械臂分解为快变、慢变系统,再分别对这2个系统进行设计。为实现慢变系统对目标轨迹的跟踪,采用多李雅普诺夫函数及平均驻留时间方法为慢变系统设计切换滑模控制器。针对快变系统中的振动问题,则采用共同李雅普诺夫函数方法及参变系统设计方法设计振动抑制控制器。该方法通过柔性双连杆机械臂进行仿真,结果表明,柔性机械臂可在负载跳变下,实现目标轨迹的渐近跟踪,而且能有效地抑制弹性振动。
  • 陈功, 徐进学, 祝朋艳
    控制工程. 2018, 25(10): 1805-1809.
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    研究了欠驱动对称船舶以及欠驱动非对称船舶的镇定控制。首先,存在一个自然的坐标变换可以将整个动态系统转换为一个串联的非线性系统。其次,这样使得问题简化为了一个对三阶链式系统的镇定控制。一个时不变的非连续的反馈控制法能够使得系统全局一致渐进稳定到期望值。这样一个控制器是基于反步设计方法设计的。最后,仿真结果显示了该方法的有效性。
  • 庄亚惠, 邵辉, 王伟, 宋海霞
    控制工程. 2018, 25(10): 1813-1818.
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    针对四旋翼飞行器系统参数不确定性、飞行过程中易受外部干扰的问题,提出利用基于混合灵敏度的H方法进行姿态控制研究。首先由飞行动力学和系统辨识得到姿态角系统的近似线性模型,然后综合考虑参数摄动和外部干扰,构建S/T混合灵敏度函数并设计合理的加权函数以满足H优化问题,继而求得姿态控制器。仿真结果和实际飞行实验结果表明,所设计的姿态控制器能快速跟踪参考信号,并在模型变化时仍有很好的控制效果。
  • 李娟, 隋霄
    控制工程. 2018, 25(10): 1819-1823.
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    在介绍静止同步串联补偿器(SSSC)的数学模型和控制结构的基础上,提出了一种基于RBF神经网络PID控制策略的SSSC新型潮流控制器,设计了控制器的结构。选择含SSSC的电力系统工作在有功功率控制模式下,利用PID控制器对系统进行闭环控制,而采用RBF神经网络的自学习能力可以改善传统PID控制器中参数固定不变的缺点,对PID控制器的3个参数进行实时在线调整,确保输电线路的有功功率能快速达到给定的参考值。最后,在MATLAB/Simulink仿真环境中对所设计的控制器进行了仿真验证。并同传统PID控制器和BP神经网络PID控制器分别进行比较,结果表明所提出控制策略具有较好的适应性和鲁棒性。
  • 何秋生, 牛军政, 陈伟
    控制工程. 2018, 25(10): 1824-1829.
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    针对SVM策略改进的PMSM-DTC系统中转矩和磁链波动仍然较大以及终端滑模存在抖振的问题,结合模糊策略,设计一种非奇异终端模糊滑模控制器,用以取代SVM策略中的转速PI控制器。首先根据终端滑模原理设计了非奇异终端滑模面,再与直接转矩控制原理相结合设计滑模控制律,并针对控制律中积分部分引起的抖振,结合模糊控制,通过增加的模糊变量调整滑模运动阶段起主要作用的转矩以减弱抖振。仿真结果表明该策略能提高系统动静态性能,可以降低电机转矩和磁链波动。

  • 鞠晓凤, 王祥乐, 高岩
    控制工程. 2018, 25(10): 1830-1835.
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    风洞系统具有非线性、工况复杂的特性,文中针对风洞流场动态特性随工况而变化的特点,提出一种适合风洞系统的基于多模型的预测控制算法。首先按照风洞参数马赫数的变换建立多个模型,而后以模型输出误差为参数,建立有积分特点的性能目标函数,作为指标切换函数。依据性能指标函数选出与实际对象最接近的模型,并将此模型相应的控制器作为当前时刻的控制器。仿真结果证明,该方法应用于风洞系统是比较成功的。

  • 高爱杰, 刘锋, 许燕青, 任建平, 马草原
    控制工程. 2018, 25(10): 1836-1842.
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    考虑回热循环微型燃气轮机(简称微燃机)控制系统中参数扰动的问题,基于微燃机通用数学模型,建立滑模控制器来增强微燃机系统的鲁棒性和减小参数扰动对控制器的影响。针对微燃机系统长期高温运行导致的燃料调节器故障,构建滑模观测器检测故障的发生。为了保证在确诊突变故障发生后,所设控制器仍能有较好的控制效果,提出了基于滑模变结构理论的容错控制策略。仿真结果验证了所提出的微燃机控制策略在参数扰动和突变故障时都能有较好的控制效果。

  • 杨军, 李军, 宋壮, 张圣乐
    控制工程. 2018, 25(10): 1843-1848.
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    根据风洞温度控制系统的控制流程工艺,建立了内循环控制系统中的气动三通调节阀和风洞内环境及管道对象的数学模型。在此基础上,针对风洞温度控制系统大时滞、非线性的特点,采用模糊PID加前馈控制的方法,通过MATLAB/Simulink对多种典型试验工况进行仿真,并且与传统的PID控制算法的控制效果进行了比较。仿真结果表明,与传统PID控制效果相比,采用模糊PID加前馈的控制方法有效地抑制了风洞马赫数变化带来的温度扰动,提高了风洞试验段温度的控制精度。
  • 王慧, 姜守岭, 齐潘国, 吴建中, 李英俊
    控制工程. 2018, 25(10): 1849-1853.
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    刚度特性是衡量数字液压缸性能的重要指标之一,对控制精度有很大影响。在推导数字液压缸的刚度数学表达式基础上,分析了刚度的频率特性。建立包含滚珠丝杠和反馈螺母的内部间接反馈数字液压缸的AMESim模型并进行了仿真研究。揭示了面积梯度、反馈螺母导程、供油压力、中位开口量对数字液压缸刚度特性的影响规律。
  • 崔建国, 高波, 蒋丽英, 于明月, 高阳
    控制工程. 2018, 25(10): 1854-1858.
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    针对航空发动机健康状态难以预测问题,提出了基于灰色理论和相关向量机组合预测的航空发动机状态预测方法。选取某真实航空发动机的关键部件作为具体研究对象,采集排气温度作为航空发动机状态预测参数。在发动机专用试验平台上,通过试验,获取状态原始数据,通过灰色累加对原始数据序列进行处理,对处理后的数据建立灰色预测模型,并将灰色预测模型的预测结果作为相关向量机的输入,原始的数据序列作为输出,训练得到相关向量机回归预测模型,由所建立的灰色预测模型(Grey Model, GM)和相关向量机(Relevance Vector Machine, RVM)预测模型组合得到灰色相关向量机(Grey Relevance Vector Machine, GRVM)组合预测模型,从而可得到最终预测结果。试验研究表明,相对于传统灰色预测模型和相关向量机预测模型,灰色相关向量机模型具有更好的预测精度,可以很好的实现航空发动机的状态预测效能,从而可为飞机发动机的状态预测提供一种新方法。
  • 谢国民, 单敏柱, 付华
    控制工程. 2018, 25(10): 1859-1864.
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    瓦斯爆炸的过程是一个综合各种因素在内的能量释放的过程,为了能够对瓦斯爆炸进行准确的辨识,文中提出了将主成分分析(Principal Componet Analysis,PAC)和支持向量机(Support Vector Machine,SVM)相结合进行瓦斯爆炸预测。瓦斯爆炸影响因素较多,首先通过PCA进行特征提取,降低特征向量的维数,去除参数间的相关性;然后通过果蝇优化算法(Fruit Fly Optimization Algorithm,FOA)对支持向量机进行全局寻优,避免了过学习的出现。将通过PCA提取的新特征值作为FOA-SVM模型输入,从而实现准确性高的瓦斯爆炸风险模式识别。通过实验仿真表明,文中提出的方法具有识别精度高、推广能力强同时模型简单的特点,对工程实践具有一定的指导作用。
  • 郭小定, 柏达, 周少武, 范婷
    控制工程. 2018, 25(10): 1865-1870.
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    滑模变结构控制能够有效改善永磁同步电机动态品质,提高系统的鲁棒性。在传统指数趋近律的基础上,对等速趋近项进行分析,提出了一种新型指数趋近律,系统在引入该趋近律后保证状态变量趋近速度与滑模面切换函数相关联,实现趋近速率自适应调节的能力。运用该新型趋近律设计PMSM控制系统滑模速度调节器,并与传统指数趋近律和PI速度调节器相对比,仿真结果表明,所设计的控制系统在调速性能上效果得到明显改善,鲁棒性增强,具有良好的静、动态特性。
  • 虞忠明, 朱伟
    控制工程. 2018, 25(10): 1871-1875.
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    为研究含风力发电机组的时滞电力系统的小扰动稳定性问题,首先在考虑时滞和系统参数不确定的情形下,建立了一套包含轴系模型和异步发电机组在内的电力系统小干扰模型。进而应用时滞系统稳定性理论获得了含有参数不确定扰动项和时滞的电力系统稳定的充分条件。最后通过算例验证了定理的有效性,得出不确定运行参数在一定的范围内变化不影响时滞电力系统的稳定性,并分析了时滞对含风力发电机组的电力系统小扰动稳定性的影响。

  • 袁文荣, 杜昭平
    控制工程. 2018, 25(10): 1876-1881.
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    非线性是系统中普遍存在的现象,对于非线性控制系统的研究是很有必要的。针对非线性网络串级控制系统,提出一种新的控制器的设计方法。首先建立一个网络串级控制系统的模型,将副被控对象看作一个特殊非线性系统-Lurie 系统,研究其副回路存在网络诱导时延时的系统稳定性问题,然后利用Lyapunov-Krasovskii的相关理论给出系统稳定的充分条件和设计相应的控制器,最后,通过数值例子来说明所提出的方法的可行性与有效性。
  • 原立格, 徐音, 郝洋洲
    控制工程. 2018, 25(10): 1882-1886.
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    图像分类是大规模图像检索的基础,为了提高图像分类的准确率,提出了基于深度层次模型的图像分类算法。首先提取图像的颜色、纹理和边缘等特征,并进行归一化处理,然后采用深度层次模型对图像分类的训练样本集进行学习,建立图像分类器,最后在Matlab 2014平台上采用图像数据集对算法的性能进行了测试。实验结果表明,算法能够获得理想的图像分类结果,图像分类正确率要远远高于对比图像分类算法,具有更高的实际应用价值。
  • 朱婷, 石建华, 兰兰, 薛君
    控制工程. 2018, 25(10): 1887-1891.
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    针对车用发动机空燃比对发动机能耗及稳定性影响程度较大的问题,提出基于无迹Kalman滤波的发动机空燃比PID预测控制策略。首先,针对传统尾气管传感器测量反馈方式存在较大机械延迟问题,提出基于缸内压力数据的空燃比检测模型反馈方式,提高反馈数据的实时性;其次,针对压力数据无法直接反映出缸内燃料组分的问题,建立空燃比周期预测模型,利用上一周期尾气管检测数据及本周期缸内压力数据,利用无迹Kalman滤波算法建立空燃比估计预测模型,实现精确的PID预测控制;最后,通过仿真对比,验  证了所提预测控制方式的有效性。

  • 茅正冲, 刘永娟
    控制工程. 2018, 25(10): 1892-1897.
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    针对玉米田间环境复杂、光照不均、干扰不确定等问题,提出一种基于改进K-means聚类和二维Otsu的玉米雄穗图像分割方法。首先对玉米雄穗图像的R、G、B通道进行处理,减少玉米叶的干扰,突出玉米雄穗;其次利用改进的K-means对玉米雄穗的Cr图进行聚类分割,利用二维Otsu对玉米雄穗的超红图像进行分割;最后,为了去除土地的干扰,从Cr分割结果图中去除超红分割结果,取剩余的Cr分割结果作为玉米雄穗的分割结果。为了验证该算法的有效性,选用了不同生长环境的玉米雄穗图像,分别利用提出的方法、二维Otsu进行了比较实验。实验结果表明,该方法有很好的抗干扰性,对生长环境有很强的鲁棒性。

  • 禹建丽, 黄鸿琦, 陈洪根, 潘笑天
    控制工程. 2018, 25(10): 1898-1904.
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    为达到良好的故障诊断效果,神经网络训练样本通常选取具有代表性的、紧凑的样本,但是由于变压器内外部存在不确定因素的影响,现实中变压器溶解气体量跨度远大于训练样本跨度。小样本训练不能够满足变压器故障诊断的实际需求,而大样本量存在训练样本跨度范围大、样本分散问题,会降低神经网络的泛化能力。针对数据量大、样本分散,利用累积频率归一化对数据进行规范化处理,用441组故障数据进行网络训练和网络检测,构建了BP神经网络、RBF神经网络和GRNN神经网络故障诊断模型,对数据规范化前后仿真结果进行对比,结果表明,累积频率归一化的数据规范化方法可不同程度地提高神经网络的变压器故障诊断效果,综合诊断效果和混合故障类型诊断效果均优于传统的三比值法,具有实际应用价值。
  • 吴利刚, 周倩, 柴常
    控制工程. 2018, 25(10): 1905-1910.
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    研究自主车队控制的渐进稳定性和队列稳定性问题。在考虑车辆发动机常数存在不确定性及无线传输延时的情况下,提出一种基于事件驱动机制的控制器设计方法,以保证车队的渐进稳定性的要求。在此基础上,为实现车队队列稳定性,基于Z-变换进一步给出控制器设计的限制条件。最后,利用Atmega2560为控制单元的Arduino小车进行试验,实验结果证明该控制方法不但能保证车队的渐近稳定性和队列稳定性能,还能大大改善车队的控制效果。

  • 李烨, 郭子立, 郭奕杉
    控制工程. 2018, 25(10): 1911-1915.
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    针对当前列车节能控制智能优化研究中广泛采用遗传算法,但存在算子多、收敛速度不快的问题,采用粒子群算法结合罚函数法思想进行研究。通过对列车运行过程及列车牵引、巡航、惰行和制动阶段能耗状态的分析,给出列车节能控制的多约束优化数学模型和牵引能耗的计算方法。基于罚函数将该问题转化为无约束优化问题,并采用粒子群算法寻优求解,从而得出可使列车运行能耗最小的工况转换点。仿真结果表明,与改进的遗传退火算法相比,算法节能效果更优,且具有良好的收敛速度。
  • 冯太合, 张友强, 牟文杰, 田森平
    控制工程. 2018, 25(10): 1916-1921.
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    针对一类在有限时间区间上重复运动的线性广义系统,提出了一种在固定初始学习状态下的闭环PD型迭代学习控制算法,给出了该算法的收敛条件,并在理论上对算法进行了收敛性分析。初态学习允许在每次迭代开始时,其初始状态为固定值在PD型闭环学习律的作用下,线性广义系统的迭代输出会收敛于极限轨迹,可以在D型算法的基础上有效的减少固定偏差。数值仿真结果验证了闭环PD型迭代学习控制算法在固定初值下算法的有效性。
  • 赵云杰, 曹荣敏, 周惠兴
    控制工程. 2018, 25(10): 1922-1926.
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    直线电机是非圆车削刀具进给系统的重要组成部分,设计的基于非圆车削的无模型自适应迭代学习控制方案具有使直线电机具备自我学习,改进其位置误差的能力。首先给出了迭代域伪梯度的概念与迭代域基于输入输出增量形式的全格式动态线性化数据模型,然后给出相应的无模型自适应迭代学习控制方案,最后给出直线电机位置误差的仿真分析。理论和仿真研究均表明,随着迭代次数的增加,非圆车削刀具进给系统可以改进其位置误差。
  • 李锐, 黄敏, 孙福明
    控制工程. 2018, 25(10): 1927-1933.
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    在第四方物流(4PL)承担多个供需点对之间物流配送任务情况下,考虑物流配送的时效性,研究带硬时间窗的4PL多到多网络设计问题。建立了4PL多到多网络设计优化模型,在满足硬时间窗约束的条件下,最小化总物流成本。根据问题模型特点,设计迭代局部搜索(ILS)算法求解。最后,通过仿真实验对不同规模的算例求解来测试ILS算法的性能,并分析不同时间窗对决策的影响。实验结果表明模型具有合理性,并且ILS算法能够对问题进行有效求解。
  • 隋秀凛, 陈云壮, 葛江华, 王亚平
    控制工程. 2018, 25(10): 1934-1939.
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    针对旋转机械常处在强背景噪声中的特点,应用SVD降噪不能准确选取重构阶次的问题,本文提出基于相关系数的时频矩阵SVD降噪方法。首先对振动信号进行EEMD分解获得IMF分量,通过对IMF分量构建的时频矩阵进行奇异值分解,将振动信号的频率信息分解到不同的时频子空间中,计算各时频子空间自相关函数与原信号自相关函数的相关系数;然后,根据相关系数选取合适的时频子空间进行信号重构,从而实现振动信号降噪。对仿真信号和实测健康振动信号进行降噪试验,并与传统奇异值分解降噪进行对比,表明了该方法的可行性和有效性。
  • 陈惠娟, 冯月春, 赵雪青
    控制工程. 2018, 25(10): 1940-1945.
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    针对基于签名的网络入侵检测系统(NIDS)中计算负荷较大的问题,提出一种利用简化粒子群优化(SSO)的自适应黑名单分组过滤器网络入侵检测方法,使用SSO加权搜索分析来自路由器和入侵检测系统(IDS)攻击包的攻击模式和规则,在监视引擎中计算信任IP并以自适应方式生成黑名单,基于自适应黑名单分组过滤器周期性地更新黑名单,使得黑名单分组过滤器可以自适应过滤网络分组。实验结果表明提出的方法可以在不降低网络安全性的前提下,有效减轻基于签名的NIDS的计算负担。
  • 程盟盟, 李鹏琦, 卢绍文, 柴天佑
    控制工程. 2018, 25(10): 1946-1951.
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    电熔镁炉生产过程复杂,目前仍需要操作员在现场巡检,环境恶劣,危险性高。针对视频监控受到高温、粉尘、强光的影响,无法获得高质量的监控画面等问题,提出一种实时图像驱动的电熔镁炉虚拟可视化监控系统,在低质量的视频监控画面的基础上,利用图像去雾技术、数字抠图技术、颜色迁移技术等实时重建虚拟的电熔镁炉以及炉口火焰,生成的虚拟电熔镁炉可视化监控可远程发布到不同平台的终端,用于远程/移动的工况监控。该系统在工业生产中进行了实验,结果表明虚拟监控系统能够实时反映真实生产中镁炉炉口火焰的动态特征,为操作员的生产监控提供了新的工具。