控制工程

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谢志江, 周扬, 郭宗环

控制工程. 2019, 26(10): 1789-1795.

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根据月壤采样试验需求，为实现月面着陆位姿模拟机构升降、俯仰和侧倾高精度位姿调整功能，设计出一种基于PC控制技术和高速以太网总线EtherCAT技术相结合的运动控制系统。分析了机构闭环控制和同步控制策略，推导了机构逆解算法，搭建了控制系统硬件结构，利用TwinCAT软件开发机构运动控制程序，通过软硬件结合实现机构位姿调整功能。试验结果表明此控制系统较好的实现了位姿调整机构运动的连续性和同步性，且满足采样设备的高精度指标要求。

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一种基于多传感器数据融合的云台自稳控制方法

李会军, 袁帅, 汤翔, 唐超权

控制工程. 2019, 26(10): 1796-1802.

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云台的稳定性对搭载的设备有重要影响，为实现云台自稳，设计了一种基于多传感器数据融合的云台自稳控制方法。采用三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁的(Attitude and Heading Reference System，AHRS)系统获取角速度、加速度及地磁强度等信号，采用卡尔曼滤波算法对加速度进行处理，采用四元数对三种数据进行融合，并求解云台俯仰姿态角和偏航姿态角，使用串级双闭环PID作为控制策略。实验结果表明，该方法能够使云台在复杂环境下具有较高的精度和抗干扰能力，同时具有超调量小、鲁棒性强的特点。

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下肢辅助步行外骨骼机器人步行模型研究

何昱夷, 李培兴, 闫维新, 赵言正

控制工程. 2019, 26(10): 1803-1809.

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针对当前广泛使用的基于正常人步行轨迹的步态规划方法的诸多缺点，全面介绍了下肢辅助步行外骨骼机器人基于运动学和动力学的步态建模方法，得到了模型中各种时变参数对于步态分析的运动曲线，为特异性步态参数下的自主规划问题提供了理论依据，解决了下肢辅助步行外骨骼机器人轨迹规划的参数适应性问题。实验表明，该方法针对不同身材人群对于下肢辅助步行外骨骼机器人的特异性需求，能够获取当前构型下的最优化参数，规划出最优的下肢辅助步行外骨骼机器人的步行运动。

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位置-速度闭环的AUV水平面悬停控制研究

马艳彤, 郑荣, 于闯, 安家玉

控制工程. 2019, 26(10): 1810-1814.

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以长回转外形的重型自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，AUV)为试验平台，设计一种位置-速度闭环的AUV水平面悬停控制方法。针对AUV在悬停过程中的弱机动、慢时变特性，在距离闭环控制的基础上，引入速度反馈，通过距离偏差和航行速度的线性组合获取目标速度，进而控制主推进器转速，以此实现大惯性AUV的定点动力悬停。通过对AUV水动力特性和悬停控制量分析，设计动力悬停线性控制方法，并完成参数配置，以实现AUV在目标点的稳定悬停。最后，通过湖上航行试验，得出AUV能够稳定在目标点4 m范围内。与传统的位置闭环控制比较，悬停范围大大缩小，且改善了由于惯性超调带来的频繁大幅度调整，充分验证了该线性控制方法的有效性。

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重型车辆的合并决策及最优控制

原豪男, 郭戈

控制工程. 2019, 26(10): 1815-1823.

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针对如何协调分散在道路上的货车形成车队的问题，提出了一种以速度和整体油耗为基础的车辆最优合并决策策略及对应的合并控制方法。首先，根据两辆车的简单情况，获得合并条件及最优合并加速度、合并前后速度及合并位置。然后，将上述研究结果推广到通用的多车合并决策之中，形成通用的合并决策算法和合并控制器设计方法体系。仿真实验表明，用所提方法将车辆编组合并为车队行驶，可显著降低车队的整体油耗。

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一类欠驱动系统的滑模变结构控制

于涛, 赵伟, 杨昆

控制工程. 2019, 26(10): 1824-1829.

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针对一类二自由度欠驱动系统的控制问题，提出了一种新型的滑模变结构控制策略。将整个系统分解为2个子系统，并分别定义2个子系统的滑动面。利用第1个子系统滑动面的等效控制来构造系统的控制输入，并将第2个子系统的滑动面引入到切换控制律的设计中。基于第1个子系统的滑动面设计了控制器的切换控制部分，从而得出最终的滑模控制律。所得控制律能够根据第2个子系统滑动面的变化动态地调整其切换增益，并保证2个子系统的滑动面都是渐近稳定的。桥式吊车系统的仿真实验结果表明了所提出的控制策略的有效性和鲁棒性。

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一类线性随机系统的DOBC与GMVC复合控制方法

刘云龙, 周平, 李明杰, 荣键

控制工程. 2019, 26(10): 1830-1834.

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为提高控制精度，针对一类带有附加干扰的线性随机系统，提出了一种基于干扰观测器的复合分层控制方法。假定位于输入通道的干扰可由一个带有摄动的外部动态方程来描述。基于最小方差准则，就系统状态可量测和系统状态不可量测两种情形来分别设计干扰观测器，并且可以依据分离原理，将观测器设计与控制器设计分解成两个独立的步骤先后进行。通过将基于干扰观测器的控制方法(DOBC)与广义最小方差控制(GMVC)方法相结合，不仅能够抵消可建模干扰，而且能够提高系统的动态性能。最后，仿真算例验证了该方法的有效性。

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带物理约束的双环自适应跟踪控制

非线性系统, 自适应控制, 控制饱和, 双环跟踪控制

控制工程. 2019, 26(10): 1835-1842.

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针对状态和控制输入有界的变参数广义二阶非线性系统跟踪控制问题，研究了一种双环鲁棒跟踪控制方法。通过引入虚拟跟踪器将系统分解为内外两个独立的子系统，外环虚拟控制器对输入全局渐近跟踪并生成内环虚拟输入，内环采用自适应控制方法实现对系统参数摄动、外部干扰及饱和超幅的鲁棒性，并保证对虚拟输入的指数收敛性。双环自适应跟踪控制能够满足状态和控制输入有界条件下,系统的跟踪精度和对不确定性的鲁棒性。与反演控制器相比，双环跟踪控制器的可靠性更高。航天器抓捕问题的数值仿真验证了方法的有效性。

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基于降维观测器的永磁同步电机反推控制

兰永红, 陈乾, 王亮亮, 陈才学

控制工程. 2019, 26(10): 1843-1849.

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针对永磁同步电机(PMSM)的速度跟踪问题，提出一种基于降维观测器的反推控制器设计方法。首先，利用永磁同步电机的转速输出值构造全维Luenberger观测器，并利用Lyapunov稳定性理论，获得基于线性矩阵不等式(LMI)的观测器设计方法。然后，基于获得的全维观测器，利用矩阵分解技巧设计降维观测器，并运用反推控制策略来设计闭环系统控制器，实现电机转速输出对期望输出信号的高精度跟踪。最后，通过数值仿真，验证所提出方法的有效性。仿真结果表明，设计的控制器能使系统的输出快速跟踪参考转速，具有较高的跟踪精度。

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高超声速飞行器自适应故障估计与容错控制

黄鑫, 王婕, 马晓

控制工程. 2019, 26(10): 1850-1856.

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为提高高超声速飞行器的安全性和可靠性，针对飞行器的执行机构失效故障问题，进行了自适应滑模容错控制方法的研究。首先，基于弹性高超声速飞行器的纵向动力学方程建立故障模型，并转化为严格反馈形式。其次，利用反步法设计控制输入，构造自适应滑模容错控制律，及时快速处理故障影响。最后，利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的渐近稳定性，仿真结果表明该方法能有效处理执行器控制效益损失故障，有较好的鲁棒性和容错能力。

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双惯量谐振系统控制算法研究

潘珩

控制工程. 2019, 26(10): 1857-1862.

摘要 ( )

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双惯量谐振系统易产生低频机械谐振现象，针对此问题设计了带有前馈+反馈控制的双自由度速度控制器和全状态反馈控制器。结合电机和负载的动力学方程建立双惯量谐振系统数学模型，基于此模型设计双自由度及状态反馈控制器，考虑控制系统的参考输入跟踪能力以及抗扰动力矩能力，采用不同的极点配置策略对控制系统的增益进行求取。对比仿真试验结果验证了本文该速度控制算法的可行性和有效性。

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虚拟车辆通信网络多商品流车行路由控制

郭绪坤, 范冰冰, 陈纯炼, 孙纲

控制工程. 2019, 26(10): 1863-1869.

摘要 ( )

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为提高交通道路网中车辆的通行效率，提出一种采用车辆通信网络数据信息的多商品流（车流）背压路由控制策略。首先，利用车载无线网络节点组成的道路网，进行实时路况和车辆行驶信息采集，为提高路由控制的实时性和前瞻性，引入车流预测方法，构建虚拟车辆队列，然后提出多商品流（车流）背压路由方法，设计了自适应路由的车辆控制策略，并根据交通压力状况对背压策略权重进行改进，利用可优化参数实现背压路由算法适应能力提升。最后，通过仿真实验，显示所提方法能够更有效的对交通车辆进行控制，提高交通顺畅性。

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基于约束模糊关联规则的多目标燃烧优化

郑伟, 王超, 刘达

控制工程. 2019, 26(10): 1870-1874.

摘要 ( )

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为了进一步提升燃煤电站锅炉燃烧性能，提出了基于约束模糊关联规则的锅炉运行参数目标值优化方法。通过挖掘锅炉不同工况下海量历史运行数据，发现锅炉稳态运行条件下主要运行参数与性能指标之间的关联关系，并据此得到锅炉高效低污染运行时对应的参数运行目标值，进而指导锅炉燃烧优化。数据挖掘结果以烟气含氧量为例，给出了锅炉运行不同工况下的优化目标值。基于约束模糊关联规则的多目标锅炉燃烧优化，不仅为当下锅炉运行参数调整提供了理论依据，也为日后进一步的闭环控制铺垫了参数设定值基础。

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多AUV的自组织人工势场编队控制方法研究

陈杨杨, 朱大奇, 李欣

控制工程. 2019, 26(10): 1875-1881.

摘要 ( )

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针对多自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicles, AUV)水下编队与安全避障问题，将自组织映射(Self-Organizing Map, SOM)神经网络和人工势场方法相结合，提出多AUV自组织人工势场编队控制方法。首先，根据领航AUV的位置产生虚拟AUV位置，将虚拟AUV位置作为SOM的输入向量进行竞争计算，输出为跟随AUV的位置，从而控制跟随AUV到达期望目标点；接着考虑编队行进中的避障问题，采用人工势场法进行避障，规划编队路径。最后通过仿真给出算法的有效性说明。

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大数据环境下的管理决策研究

控制工程. 2019, 26(10): 1882-1891.

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大数据时代的到来给各行各业带来了新的机遇。大数据技术与决策理论的结合，改变了传统的决策模式，为决策提供了新的发展方向。从以下几个方面研究大数据环境下的管理决策：首先，从参数维、层次维和技术维分析大数据管理体系及发展现状；在此基础上，梳理决策理论的发展历程，分析数据驱动决策的研究现状；对当前大数据环境下的管理决策框架模型进行总结，提出一个统一的大数据环境下的管理决策框架模型，结合实例讨论分析大数据管理决策应用现状；最后，讨论当前大数据环境下的管理决策面临的挑战，并对大数据环境下的管理决策的发展方向进行展望。

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数据驱动的船舶智能故障诊断方法

贾宝柱, 贾志涛, 余培文, 安连彤

控制工程. 2019, 26(10): 1892-1898.

摘要 ( )

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船舶机舱综合监控系统中存在的大量预示系统健康及故障状态的数据信息，针对数据中的属性冗余问题，定义了基于粗糙集的等价属性概念，并提出了一种基于等价属性的快速约简方法。以基本可信度及证据决策系数为依据衡量条件属性对决策属性的贡献度，据此进行证据推理最后得到最简属性决策表。对中央冷却系统测试数据的算例表明，所提出的方法对故障隐患状态的识别是有效的。

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最小熵基准的并行串级控制系统的性能评估

刘阳, 王亚刚

控制工程. 2019, 26(10): 1899-1904.

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串级控制在工业过程中是经常被采用的控制策略,与单回路相比它能够减小最大偏差和积分误差。当前的最小方差性能评估方法都是基于高斯扰动，但在实际生产中，一些扰动并不一定服从高斯分布。对于非高斯的扰动提出基于最小熵的性能评估基准。在随机过程中,信息熵相比均值或者方差对于任意的随机变量具有更为一般的意义。在非高斯噪声的并行串级控制系统中,辨识系统的ARMA模型根据最小熵而不是最小均方误差将更为合适。通过在仿真证明该指标的有效性。

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基于反向解耦的电压型PWM整流器内模控制

李翔宇, 赵志诚, 王文逾

控制工程. 2019, 26(10): 1905-1910.

摘要 ( )

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针对三相电压型PWM整流器提出了一种新型双闭环控制方法。在同步旋转坐标系下建立了三相电压型PWM整流器的数学模型，考虑其耦合特性，采用反向解耦方法实现了标称系统的完全解耦，并对解耦后的广义被控对象设计了电流内环的内模PI (Internal model control PI, IMC-PI)控制器，在此基础上，基于电压外环的简化模型设计了IMC-PID控制器。仿真结果表明所提方法既保证了系统的完全解耦，又减少了控制器整定参数个数，可使系统同时具有更好的动态性能和鲁棒性。

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多输入多输出GTAW焊接过程的迭代学习控制

刘建, 卜旭辉, 梁嘉琪

控制工程. 2019, 26(10): 1911-1916.

摘要 ( )

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相同工件进行批量焊接时，焊接轨迹相同，因此焊接过程具有极高的重复性。针对焊接过程的重复性，基于迭代学习控制算法研究GTAW焊接在两输入两输出时的跟踪控制问题。根据GTAW焊接的动态特性模型，设计了焊接过程控制的迭代学习控制算法，并分析了算法的收敛性。仿真结果表明：迭代学习控制可以有效利用焊接过程中的重复信息，经过80次的迭代学习后，焊接系统实际输出可以较好地达到期望轨迹，实现有限区间内的高精度跟踪控制，验证了方法的有效性。与传统PID控制相比，ILC控制器可以获得较好的控制效果。

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基于模型预测控制的水下机器人轨迹跟踪

梅满, 朱大奇, 甘文洋, 蒋骁迪

控制工程. 2019, 26(10): 1917-1924.

摘要 ( )

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针对水下机器人二维水下环境中的轨迹跟踪问题，通过分析与建立水下机器人二维运动学模型，提出了一种新型的轨迹跟踪控制方法，即模型预测控制。该算法是在误差模型的线性化描述的基础上引入模型预测控制方法，将最小化目标函数的优化问题转换为二次规划问题的求解，使得水下机器人在满足控制约束的条件下有效地完成轨迹跟踪并克服速度跳变问题。通过与反步控制方法的仿真实验对比，证明所提及的模型预测控制算法能够更有效的实现二维水下机器人的轨迹跟踪控制。

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FCM-ABC-MKRVM多模型融合软测量建模

张洪德, 夏陆岳, 刘勇, 潘海天

控制工程. 2019, 26(10): 1925-1931.

摘要 ( )

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许多化工过程具有强非线性、机理复杂和多工况等特点，针对传统软测量模型无法全面描述过程特性而导致模型预测精度较低的问题，提出一种FCM-ABC-MKRVM多模型融合软测量建模方法。首先采用模糊C均值聚类算法（FCM）将训练样本划分为多个子类，并确定各子类的聚类中心；然后通过训练各子类样本建立多核相关向量机（MKRVM）子模型，其中采用人工蜂群算法（ABC）优化核函数参数和组合权重因子；在模型预测阶段，计算测试样本与各聚类中心的隶属度值，并作为各子模型输出值的加权系数，通过多模型融合得到最终的模型预测输出。将该建模方法应用于聚丙烯熔融指数软测量研究中，仿真结果表明：与MKRVM模型和ABC-MKRVM模型相比，基于FCM-ABC-MKRVM多模型融合的熔融指数软测量模型具有更佳的预测精度，可以为复杂多工况化工过程的产品质量指标在线预测提供指导作用。

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改进的渐消UKF神经网络学习算法及应用

杨一, 高怡, 刘海龙

控制工程. 2019, 26(10): 1932-1938.

摘要 ( )

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针对BP神经网络在训练过程中存在易陷入局部极小值、对样本噪声缺乏自适应性等问题，设计一种改进的渐消无迹卡尔曼滤波神经网络(Improved fading unscented Kalman filter neural networks, IF-UKFNN)训练算法。该算法以UKF为基础，在滤波过程中引入渐消因子，实时调整滤波增益，限制样本噪声对权值更新的影响，进而提高网络训练的精度；同时，采用一种改进的自适应因子计算方法，使计算过程简化。将提出的算法应用于组合导航系统建立误差估计模型，仿真结果表明：提出的算法不仅可以提高模型的估计精度，而且增强了网络模型对噪声样本的适应性和鲁棒性，具有更好的应用效果。

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几何修正多锚节点下Voronoi图定位算法

夏磊, 谭志

控制工程. 2019, 26(10): 1939-1943.

摘要 ( )

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针对静态网络中因测距技术的不完善而形成的直接测距误差，提出了一种基于几何约束辅助的Voronoi图改进定位算法。该算法引进Cayley-Menger行列式对距离关系进行限制，从而得到关于测距误差的约束方程，再利用拉格朗日乘数法对该方程的最优问题进行求解，使得优化后节点间的距离满足真实的几何约束关系，同时把距离信息应用于多锚节点定位中，最后把修正后的距离应用到Voronoi图定位算法中使该算法得到优化。仿真证明该算法优于基于Voronoi图的传统定位算法，可以有效提高定位成功率以及定位精度，具有更广泛的应用前景。

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二阶滑模观测器的BLDCM直接转矩控制

赵鸿菲, 赵志诚, 张井岗

控制工程. 2019, 26(10): 1944-1949.

摘要 ( )

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针对无刷直流电机直接转矩控制中反电动势获取困难和常规滑模控制存在系统抖振的问题，提出了一种基于二阶滑模观测器的直接转矩控制策略。根据无刷直流电机的数学模型，选择传统线性滑模面及其一阶导数构成二阶滑模面，采用改进型趋近律推导控制律，设计了一种二阶滑模观测器，该观测器将滑模抖振集中在相电流误差的高阶微分上，并通过积分作用，削弱抖振的同时加快了收敛速度。二阶滑模观测器无需低通滤波器即可准确估计反电动势，将其应用于无刷直流电机无位置传感器直接转矩控制中，可有效减小转矩脉动，改善系统的性能，仿真结果表明了所提方法的优越性。

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补料分批发酵过程动态优化控制研究

李海波, 潘丰

控制工程. 2019, 26(10): 1950-1954.

摘要 ( )

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针对非线性程度高、稳定性差的生化过程典型应用案例—酒精补料分批发酵过程的优化控制问题，从提高寻优效率和最大化产物浓度出发，提出了一种基于预测控制中的核心思想—滚动优化策略，利用罚函数法将原带有约束的优化问题转化为无约束的优化问题，从而通过蚁群算法与迭代动态规划相结合的混合优化算法来进行基质流加率控制轨迹动态优化。并将这种优化策略应用的结果与蚁群算法寻优效果比较，仿真结果显示，无论从寻优速度、优化性能等方面都有了较大的改善。

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基于仿射传播聚类的多模型软测量建模研究

徐海霞

控制工程. 2019, 26(10): 1955-1959.

摘要 ( )

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发酵过程数据量庞大，基于该数据建立的单一化软测量模型存在计算负担沉重，计算精度不良等问题。为有效解决以上问题，结合仿射传播聚类算法和神经网络提出一种改进的多模型软测量建模方法。采用仿射传播聚类算法能较为准确地确定系统的划分数目，有效地解决了传统聚类算法中聚类数目需提前给定、分类精度取决于数据分布、收敛速度慢等问题；针对已划分好的聚类个数建立相应的神经网络子模型。以红霉素发酵为工程背景，将所提方法运用在生物量浓度监测上，结果阐明所建改进的多模型软测量方法计算时间和预测精度得到了良好的改善。

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SPC-EA算法的冶铸轧一体化调度问题研究

张浩宇, 张健欣

控制工程. 2019, 26(10): 1960-1965.

摘要 ( )

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冶铸轧一体化生产(SM-CC-HR)是钢铁生产中的一个主要瓶颈，其生产调度过程是一个复杂的作业车间调度问题(job-shop)。对此，将一体化生产工序抽象为job-shop模型。针对此模型，给出了基于工序的染色体编码方案，同时提出了一种新的染色体解码方案(Active Schedules Decode, ASD)。为了避免交叉操作时非法解的产生以及保留父代优秀的基因片段，设计了一种SPC-EA进化算法(Single Parent Crossover -Evolution Algorithm, SPC-EA)。仿真实验结果说明，发现所提算法在求解job-shop问题时，收敛性更好，得到的解优于对比算法。

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基于萤火虫算法的矩阵信息集结方法研究

张垒

控制工程. 2019, 26(10): 1966-1970.

摘要 ( )

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针对群决策在应用中的普遍性和重要性，作为群决策重要组成部分的判断矩阵集结得到了广泛深入的研究。首先，针对群决策中判断矩阵的多样性，将萤火虫算法引入矩阵集结的求解，可以利用萤火虫算法的寻优方式来获取矩阵集结结果。其次，在萤火虫算法的目标函数中引入一致性比率以降低集结过程的主观性和信息损失。最后，通过具体的实证研究，利用改进的萤火虫算法可以为群决策中的矩阵集结提供一种有效的、相对统一的集结方法。

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2019年, 第26卷, 第10期　
刊出日期：2019-10-20

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