2018年, 第25卷, 第9期 
刊出日期:2018-09-20
  

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  • 聂宏, 桑红
    控制工程. 2018, 25(9): 1591-1597.
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    针对系统的输出测量值可能存在随机丢失的情形,研究一类离散时变时滞非线性切换系统基于观测器的异步切换控制问题,其中,异步切换指的是识别运行的子系统和激活相应的匹配控制器之间存在滞后现象。利用Bernoulli分布(二进制开关序列)来描述测量随机丢失现象,通过使用多Lyapunov函数及平均驻留时间方法,给出系统指数均方稳定的充分条件,同时以线性矩阵不等式的形式给出了控制器及观测器的设计方案。最后,通过仿真算例说明所得结果的有效性。
  • 王志强, 栾小丽, 刘飞
    控制工程. 2018, 25(9): 1598-1603.
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    针对工业过程中多变量非方系统存在的扰动,基于等价传递函数理论,研究其PI控制器设计问题。为避免直接求取非方被控过程广义逆的复杂运算,通过求取相应的等价传递函数来代替广义逆,并分别设计跟踪控制器和扰动控制器,使设定值响应与扰动响应分离。与已有含扰动的多变量非方系统控制方法比较,该文所提方法计算过程简单且避免求取广义逆,并且具有很好的跟踪特性和抑制扰动作用的效果。最后通过仿真实例验证了所提算法的有效性。

  • 聂宏, 桑红, 祝丹梅
    控制工程. 2018, 25(9): 1604-1609.
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    针对控制器存在部分失效的情形,研究混沌系统的广义投影同步切换控制问题。基于切换的思想,将伴有控制器部分失效的广义投影同步误差系统转化为一类广义投影同步切换误差系统。然后,基于多Lyapunov函数和平均驻留时间方法,给出确保广义投影同步切换误差系统指数稳定的充分条件,同时以线性矩阵不等式的形式给出切换控制器的设计方案。最后,通过仿真算例说明所得结论的有效性。
  • 闫帅可, 卜旭辉
    控制工程. 2018, 25(9): 1610-1615.
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    注塑成型是一种典型的批次生产过程,保压压力是保证其产品质量的关键因素。已有注塑机保压压力迭代学习控制方法,是在数据传输完美情况下给出的。但在实际网络运行环境下,由于带宽的限制,数据在控制器和控制对象之间传输常发生网络拥堵,造成数据包丢失。因此,针对网络传输过程中数据丢失问题,提出了一种H迭代学习控制器的设计方法。首先,将数据丢失现象描述为随机的伯努利序列,在此基础上将模型转化为随机2D−Reosser模型。此时,迭代学习控制器的设计问题可以转化为一类随机2D−Roesser系统的H控制问题。最后,仿真结果验证所提方法的有效性。
  • 付兴建, 王一品
    控制工程. 2018, 25(9): 1616-1621.
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    柔性结构在现实中的应用非常广泛,但其固有的低阻尼特性,使得柔性结构由于各种不确定因素而引起的振动难以在短时期内迅速衰减,再加上高阶系统的难控性,因此研究此类高阶柔性系统的振动控制十分重要。针对系统存在外部扰动和内部参数变化两种不确定因素的情况,设计了鲁棒H控制器,并且与PID、LQR控制进行了比较。仿真及装置实验显示,当系统存在不确定因素时,鲁棒H控制器的抗干扰能力最强,控制效果最好,验证了设计鲁棒H控制器的有效性。
  • 李莉, 孙成功
    控制工程. 2018, 25(9): 1622-1627.
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    针对离散非线性奇异摄动系统,提出一种基于模糊奇异摄动模型(FSPM)的跟踪控制器。首先建立一系列动态模糊奇异摄动模型,使其逼近该离散非线性系统,采用前件参数相同的离散参考模型设计期望的运动轨迹和动态性能;在此基础上,提出一种离散跟踪控制器,其反馈增益采用线性矩阵不等式的方法进行求解。应用离散李亚普诺夫合成方法证明闭环系统的稳定性。最后用仿真实验验证该方法的有效性。
  • 余发山, 毛克春, 朱艺锋
    控制工程. 2018, 25(9): 1628-1633.
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    在无工频变压器式级联式功率变换器中,级联H桥整流器直流侧电容电压平衡是变换器控制的关键问题。本文提出一种基于三维调制的级联H桥整流器直流侧电容电压平衡控制策略,通过各桥在单位时间内吸收的有功能量调节,实现直流侧电容电压平衡控制。引入有功电流和无功电流双闭环的方法对输入电流进行解耦,实现系统的单位功率因数运行。仿真实验表明,该控制策略有效地提高了直流侧电容电压平衡的控制效果。
  • 黎虹, 史书慧
    控制工程. 2018, 25(9): 1634-1637.
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    针对参数具有确定性及不确定性的一类广义系统,分别给出严格耗散PI控制器的设计方法。首先针对一类广义系统利用线性矩阵不等式的方法给出使其容许且严格耗散的充要条件,并由线性矩阵不等式的可行解构造出状态反馈PI控制器增益的显式表达式,保证闭环广义系统容许且严格耗散。然后,考虑系数矩阵均具有范数有界不确定性时的鲁棒严格耗散控制问题,给出使其容许且严格耗散的充要条件及状态反馈PI控制器增益的显式表达式,保证闭环广义系统容许且严格耗散。最后用数值例子说明了提出方法的有效性。
  • 张剑, 欧阳陵江, 尹韶辉
    控制工程. 2018, 25(9): 1638-1642.
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    针对无功控制的电路会出现电流过零点畸变的问题,以及开关过程中实际损耗非常大等问题,提出一种光伏并网逆变器有源滤波器的混合调制模式。文中综合性的对比单极和双极调制模式的特性,包括开关动作、谐波电流和实际效率等方面的因素,研究和设计结合两种方式的混合调制模式,实现过零点的平滑过渡。将3 kW单相非隔离型光伏并网逆变器作为研究和实验的平台,检验所提调制模式的并网电流情况。实验结果显示所提模式综合了单极双极的优势,在光伏并网系统有很好的适用性。
  • 王立玲, 李保宗, 张秀亚, 刘晓光, 马东, 刘秀玲
    控制工程. 2018, 25(9): 1643-1648.
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    根据Anybody软件建立上肢肌骨模型进行动态屈伸肘动作肌肉力仿真,并结合人体上肢动态屈伸肘sEMG实验,对比分析上肢动态屈伸肘特性,研究表明sEMG与肌肉力呈正相关性。设计了基于sEMG的人手握姿动态屈伸肘实验,实验表明在进行动态屈肘运动过程中,平握时上肢肱二头肌、肱三头肌的均方根值幅值比侧握时大,最大差值比分别为60.4 %、6.8 %,平握更有助于锻炼肌肉的收缩性;另外侧握时上肢肱二头肌、肱三头肌的平均功率频率(MPF)的一阶拟合值斜率比平握时小,侧握的一阶拟合值斜率下降趋势明显,侧握姿势易疲劳。通过对上肢肌肉的收缩性和疲劳性综合分析得出平握姿势更有助于康复屈肘力量训练,可为上肢肌肉力量锻炼提供科学的训练姿势。
  • 郝伟, 张宏立
    控制工程. 2018, 25(9): 1649-1655.
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    针对板球系统在轨迹跟踪控制中震荡大、精度低和实时性差的问题,提出了模糊自整定PID控制方案。首先运用拉格朗日方程对非线性板球系统建立数学模型。其次为了实现小球对期望轨迹的鲁棒跟踪,结合模糊算法与PID算法设计模糊自整定PID控制器,成功实现板球系统的圆形轨迹跟踪和镇定控制,保证轨迹误差在有限时间内趋于零。该控制方案在提高控制算法的执行效率、降低功耗的同时,改善了板球系统的动静态性能。仿真及实验结果表明:模糊自整定控制可以有效的提高板球系统的轨迹跟踪精度与实时性。
  • 路遥, 王青, 梁小辉, 董朝阳
    控制工程. 2018, 25(9): 1656-1661.
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    针对一类存在作动器概率性故障的分布式驱动近空间飞行器的控制问题,提出了一种基于改进的蝙蝠算法的容错控制方法。首先,针对飞行器的小扰动线性化模型,设计虚拟控制器,使得系统能够较精确地跟踪给定的参考模型;然后,在考虑作动器概率性故障的情况下,结合整数规划理论,将飞行器执行阵列控制指令的设计问题转化为一类包含整数约束的优化问题,并利用结合了莱维飞行机制的蝙蝠算法进行求解;最后,通过仿真实验验证所提方法的必要性和有效性。仿真结果表明,与未考虑容错策略的控制方法相比,所提出的容错控制方法在作动器出现概率性故障的情况下具有良好的跟踪性能;且莱维飞行机制能够有效改善蝙蝠算法的搜索效率。
  • 徐毅, 万舟
    控制工程. 2018, 25(9): 1662-1665.
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    对于上肢外骨骼运动识别过程,以肘关节屈伸为主要研究对象,建立肘关节生物力学模型。搭建了针对肘关节的运动信息采集系统,基于PVDF的压电传感器采集肘关节运动时控制肌群的压电信号,建立了以肌肉的压电信号为输入、关节角度轨迹为输出的肘关节生物力学模型,将计算得出的关节角度轨迹与实际测得关节轨迹角度相比,拟合效果良好,说明通过采集肘关节运动过程中的压电信号可以反映肘关节的运动意图。

  • 何栋炜, 周结华, 高培, 蒋学程, 邓慧琼
    控制工程. 2018, 25(9): 1666-1670.
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    针对机器人轨迹跟踪控制品质受到参数不确定性影响的问题,为提高系统的跟踪性能和鲁棒性,设计了一种自适应非光滑控制。借助新形式Barbalate引理等理论证明了闭环系统是渐近稳定的。最后,在算例平台上验证所提出控制方法的有效性,并于传统方法(自适应计算转矩控制和有限时间逆跟踪控制)进行对比。结果表明,所提出方法能够有效提高机器人轨迹跟踪控制的控制品质,并且对参数不确定性具有鲁棒性。
  • 张涛, 裴金鑫, 钞朋飞, 岳鹏飞
    控制工程. 2018, 25(9): 1671-1678.
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    针对双后驱智能车在传统PID算法下,难以适应弯道曲率变化较大的复杂路况问题,提出一种基于二次曲线的不完全微分PID控制算法。首先,搭建稳定的智能车系统的硬件结构和整体程序框架;然后,测试离散在不同曲率弯道的PID数据点,利用MATLAB拟合成二次曲线形式作为系统的PID参数函数;并结合不完全微分的控制策略,消除微分信号的高频干扰;最后,对前轮转向和后轮双电机差速配合提出了优化控制策略。实验结果表明,该控制策略的小车适应性和鲁棒性强,过弯平滑,具备全程高速的运行要求。
  • 房旺, 李建龙, 孙晨
    控制工程. 2018, 25(9): 1679-1685.
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    提出了考虑自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)队形先验定位误差情况下,基于距离测量的协同导航定位最优队形估计方法。编队AUV通过扩展卡尔曼滤波算法对接收自领航者的信息和自身传感器测量值进行融合。考虑到协同导航队形及先验定位误差会对编队定位性能产生影响,选取位置后验误差椭圆面积作为定位性能代价函数,通过最小化代价函数,对单领航者和双领航者协同导航最优队形进行了分析。不同场景下的仿真实验验证了最优队形可获得更好的定位精度。
  • 石怀涛, 赵纪宗, 宋文丽, 李颂华, 刘建昌
    控制工程. 2018, 25(9): 1686-1691.
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    核主元分析方法(Kernel Principal Component Analysis,KPCA)能有效地捕捉数据的非线性特征,其故障检测能力很大程度上取决于核参数的选择。常用的核函数有多项式核函数和高斯径向基核函数等。该方法将多项式核函数和高斯径向基核函数进行线性组合,结合两者优点得到混合核函数,使用故障检测率作为优化目标的适应度函数,通过人工蜂群(Artificial Bee Colony Algorithm,ABC)优化算法对KPCA核参数的选取进行优化。将该方法应用到电主轴的转子不平衡故障分析中,对信号进行时域分析,利用KPCA对样本数据进行非线性特征提取,根据主元特征计算出的T2SPE统计量实现故障检测。经过对实验数据分析表明,ABC优化算法较二分法、粒子群等优化算法能更有效地提高故障检测率。
  • 周建源, 陶阳
    控制工程. 2018, 25(9): 1692-1697.
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    简述了CRH380A(L)型动车组内端门结构与工作原理,并对其故障诊断方法与诊断设备的设计进行了较为深入的研究。通过检测内端门控制器的输入输出,根据控制逻辑及门控单元内部电路的原理,构建了内端门的功能逻辑表。将实际工作中的逻辑序列与理论逻辑序列进行逻辑比对,实现了对动车组内端门的检测及故障诊断。最后通过案例分析,验证了所提方法可以快速准确的确定内端门故障发生的位置,提高检测效率。
  • 李峰, 谭超, 董峰
    控制工程. 2018, 25(9): 1698-1702.
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    水平油水两相流在石油、化工工业中广泛存在,其过程参数的实时测量,对于指导和控制工业生产过程有重大意义。针对单一传感器很难对油水混合流中的油相流量进行准确测量,采用卡尔曼估计理论,将电导传感器与差压传感器的测量信息相融合,实现了油相流量的测量;针对实际工业过程中,油水并非均匀混合,对电导测量模型进行修正,进一步的实验结果表明,修正后的模型提高了油相流量的测量精度。
  • 李文锋, 游庆和, 廖强, 须民健
    控制工程. 2018, 25(9): 1703-1708.
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    针对用于道路施工的某装备存在的故障人工处理难度大、成本高等问题,提出了采用T−S模糊故障树方法并基于GPRS网络的远程故障诊断系统及方法。以该装备高压液压伺服系统为例,给出了归类映射规则以识别故障现象,建立了该系统的T−S模糊故障树模型,并通过T−S模糊门算法计算确定了各故障下各部件的T−S关键重要度及故障排查顺序,并结合部件故障自诊断程序,实现了部件的故障自动排查与搜索。该方法提高了工程用高压液压系统故障诊断的准确性与工程用装备的远程故障诊断的可行性。
  • 闫广明, 孙小君
    控制工程. 2018, 25(9): 1709-1712.
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    分数阶系统是建立在分数阶微积分以及分数阶微积分方程理论上实际系统的数学模型,它能更准确描述系统动态过程,将使得人们更好地理解客观世界,对科学与工程领域的进展将起着重要的作用。这里提出一种基于模型转换的Kalman滤波算法。并将以加热炉系统为应用背景,应用MATLAB/Simulink工具箱进行仿真分析。相比现有的基于分数阶状态空间模型的分数阶Kalman滤波算法,这里所提出的方法更加简便易行。同时,仿真结果也表明这里所提出的分数阶系统Kalman滤波器的估计精度要高于整数阶Kalman滤波器。
  • 索寒生, 程金旭
    控制工程. 2018, 25(9): 1713-1720.
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    随着二维离散系统理论和应用发展的不断深入,建立准确的二维系统数学模型具有重要的理论和应用价值。但实际上,二维模型不是一维模型概念下的简单对照,其沿两个自由方向演化及状态向量之间的相互耦合,特征值的概念,状态响应,以及系统的稳定性判据均与一维系统有本质上的差异,使得二维系统辨识问题面临挑战。因此,针对二维可分性系统的在线更新需求,提出了在统一原理下二种对应开环和闭环的二维可分性系统子空间递推辨识方法,在线实时处理,尽量减轻计算量和存储量负担,同时不断更新模型的准确度,直至达到系统要求。仿真结果表明,设计的递推算法能及时更新模型信息,跟踪拟合真实参数。
  • 吴方, 敖露
    控制工程. 2018, 25(9): 1721-1726.
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    医学图像融合技术将多模的临床特征融合到1个图像中,可以增强医学图像的细节并降低图像的噪声,提出了一种基于新型蜘蛛优化算法的多模医学图像融合算法。一方面,将不同医疗设备采集的图像转换为傅里叶频率域,使用蜘蛛优化算法搜索2个输入图像融合的最优尺度值;另一方面,使用蜘蛛优化算法搜索变换函数的最优参数集合,进一步地增强融合图像的质量。基于公共医学图像数据集的实验结果表明,该算法获得了较好的医学图像融合效果与较高的计算效率。
  • 汪方正
    控制工程. 2018, 25(9): 1727-1732.
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    为了提高图像的分割效果,针对模糊均值聚类算法存在的不足,提出一种狼群算法优化(Fuzzy C-means,FCM)聚类中心的图像自动分割方法。首先,利用人工狼表示模糊均值聚类算法初始聚类中心,并通过模拟狼群对猎物气味浓度的感知,实现人工狼之间的信息共享,便于探索未知环境以及自主决策实现狼群捕猎,找到最优初始聚类中心;然后,采用最优初始聚类中心的模糊均值聚类算法进行图像分割;最后,采用仿真实验测试算法的性能。实验结果表明,相对于其他图像分割算法,该算法提高了图像的分割精度,减少了图像的分割,具有更强的噪声鲁棒性。
  • 尹方平
    控制工程. 2018, 25(9): 1733-1738.
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    针对基于曲波变换的人脸识别技术仍受限于整个面部二维全局特征匹配的问题,提出一种利用曲波变换检测关键点的多模式3D纹理人脸识别方法。首先,通过快速曲波变换获得不同尺度的人脸图像;然后,利用曲波系数均值选择关键点,并通过关键点检测算法去除冗余点;最后,利用余弦规则进行特征匹配。实验结果显示,FRGC v2和BU−3DFE数据集上的验证率分别高达99.1 %、95.3 %,在中性和中性、非中性和中性、所有和中性三种模式下均优于其他几种较新方法。
  • 李梅英, 夏军剑, 李亚玲
    控制工程. 2018, 25(9): 1739-1744.
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    研究了零售商占主导地位的,制造商和零售商同时实施废旧产品回收的双回收渠道闭环供应链的决策问题。在考虑回收双方之间具有竞争性的基础上,应用Stackeberg博弈理论建立了1个双回收渠道闭环供应链模型,探讨了零售商主导下制造商和零售商同时实施废旧产品回收的双回收模式下的最优策略,最后给出了供应链的最优零售价格、最优批发价格和最优回收率(包括制造商和零售商的回收率),发现制造商和零售商的最优回收率相同。最后分析研究了各渠道成员决策与支付给消费者的平均回收价格之间的关系,通过分析发现,零售价格、批发价格会随着平均回收价格的提高而提高,但是制造商和零售商的回收率以及制造商和零售商的利润会随着平均回收价格的降低而降低。
  • 许玲
    控制工程. 2018, 25(9): 1745-1753.
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    针对决策信息为直觉模糊数且属性信息之间存在相互关系的多属性决策问题,首先基于阿基米德范数和Heronian平均,提出一种新的广义直觉模糊Heronian平均(GIFHM)算子;其次,详细探讨了GIFHM算子的几种常见形式,同时引入广义直觉模糊加权Heronian平均(GIFWHM)算子;同时,对GIFHM算子的一些基本性质进行了深入研究;进一步,基于GIFWHM算子构建一种新的直觉模糊多属性决策方法,该决策方法不仅能够有效地捕获输入决策信息之间的相互联系,还使得决策者能够依据自身的风险偏好态度选择不同的参数进行决策。最后,通过实例分析对提出的决策方法进行可行性和有效性验证。

  • 刘红庆, 刘燕, 伍俊良
    控制工程. 2018, 25(9): 1754-1759.
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    为提高机动目标跟踪算法跟踪精度和跟踪效率,提出一种基于高斯Monte Carlo粒子滤波的机动目标跟踪算法。首先,对WSN机动目标定位过程进行模型构建,并给出机动目标移动位置和速度的迭代更新公式;其次,为实现机动目标的有效跟踪,引入粒子滤波算法构建机动目标跟踪模型,同时为提高粒子滤波算法性能,利用高斯和Monte Carlo方式对粒子重采样提取过程进行改进,提高粒子提取效率和性能;最后,通过在机动目标跟踪模型上的实验对比,显示所提算法在跟踪精度和跟踪效率上要优于对比算法,体现了所提算法有效性。
  • 戴卿
    控制工程. 2018, 25(9): 1760-1764.
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    针对传统移动机器人定位算法精度欠佳的问题,设计了一种基于无线传感器网络滤波算法的移动机器人定位算法(HM_CKF)。该算法利用HurberM极大似然估计代价函数,将线性化后CKF观测矩阵求出,从而解决CKF滤波算法在未知非高斯白噪声干扰下估计精度欠佳的问题。然后在体育馆中基于WSNs网络构建了移动机器人定位实验环境,融合移动机器人动力学模型,对比了HM_CKF、CKF算法的定位精度。实验结果表明,在不含噪声干扰和含未知噪声干扰的两种情况下,HM_CKF算法定位精度依次比CKF算法提高了7 %和15 %。
  • 陈思, 翟岩, 张治斌
    控制工程. 2018, 25(9): 1765-1770.
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    能耗和延迟是无线传感器网络(WSN)中的介质访问控制(MAC)协议的主要问题,为此在现有时隙ALOHA协议的基础上,提出一种融合Q学习算法的新型MAC协议:QS-ALOHA。设定每个节点在帧中的每个时隙上,都有一个独立的Q值。根据传输结果,利用Q学习算法进行更新,并将具有高Q值的时隙优先选择来传输数据,以此减小网络中的传输冲突和数据重发。另外,提出了一种马尔可夫模型,证明了协议中学习过程的收敛性。仿真结果表明,该协议在能量效率、延迟和吞吐量方面具有优越的性能。

  • 胡霞, 费鹏, 杜卫锋
    控制工程. 2018, 25(9): 1771-1776.
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    属性约简是粗糙集理论的核心研究内容之一,基于辨识阵的方法可以获得所有的约简,该方法的1个关键步骤是构造辨识阵,如何降低构造辨识阵的代价以及估计构造辨识阵的时间复杂度,具有重要的理论与实用价值。通过先对协调决策表,再对不协调决策表的深入研究和分析,给出了辨识阵构造方法时间复杂度更精确的上界模型。通过给出1个简单的不协调决策表实例,对该实例进行计算,并对计算结果加以说明;然后对若干中等规模的数据集进行了仿真测试,该模型给出的理论估计值与程序得到的实际测试值均十分接近,相对误差基本上都在3 %之内,表明了该模型的有效性和正确性,为估计构造辨识阵的时间复杂度提供了更精确的理论模型。