控制工程

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马立新, 王丽雅, 董昂

控制工程. 2019, 26(4): 613-618.

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电力系统无功优化，是确保电力系统安全、经济运行的一个有效处理手段，其主要目的是为了改善电压质量和减少电力线路的有功网损。电力系统无功优化问题包含对控制变量和状态变量的调节，是一个复杂的、非线性混合整数规划问题。针对于传统粒子群算法收敛速度和收敛精度方面的缺陷与不足，文章提出基于粒子群的差分变异花朵授粉算法(DFPA-PSO)。该算法融入花朵授粉算法中的全局搜索和局部搜索过程和差分算法中的变异操作。拓宽粒子搜索区域的同时，还增加粒子的多样性。将该算法应用于IEEE-14节点的标准测试电力系统中，综合考虑有功网损、电压偏移和电压稳定裕度三目标优化模型，将实验结果与其他算法进行相比较，明显看出该算法的寻优能力强，收敛速度优于其他算法，有功网损也有所降低，鲁棒性好，从而证明了本算法的优越性。

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基于多模型融合神经网络的短期负荷预测

许言路, 张建森, 吉星, 王斌斌, 邓卓夫

控制工程. 2019, 26(4): 619-624.

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短期负荷预测在为电力系统制定经济、可靠和安全的运行策略中起着关键作用。为了提高预测精度，提出了一种基于多模型融合神经网络的短期负荷预测方法。首先将三种不同的神经网络单独训练；再将单独模型的输出作为输入，训练一个顶层全连接神经网络；最后并行排列三种单独模型，再将3个模型的输出层组合作为顶层全连接神经网络的输入层，使4个模型融合为一个模型，并进行精调训练。短期负荷预测的实验结果表明，该方法的精度优于单个全连接神经网络、长短期记忆网络或残差网络。说明该方法具有良好的实用价值。

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基于模糊控制的真空退火炉温度控制系统

骆东松, 孙冠琼

控制工程. 2019, 26(4): 625-630.

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针对真空退火炉温度控制过程出现的响应速度慢、超调量大、抗干扰能力差及时滞性等问题，提出自整定模糊PID控制策略，设计自整定模糊PID控制器，实现对真空退火过程工艺参数检测与全过程优化控制。从生产设备及主要技术参数为出发点，设计了一套基于PLC、智能仪表以及自整定模糊 PID控制的工业退火炉温度控制系统。采用MATLAB实现对自整定模糊 PID控制算法的仿真并观察效果，最终实现对系统参数的在线优化。实际运行表明，系统稳定可靠、各项参数均满足要求。

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一种基于残差再提取的概率PLS监控方法

李庆华, 潘丰, 赵忠盖

控制工程. 2019, 26(4): 631-637.

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概率PLS保证了过程变量和质量变量的主元相关性最大，但是无法约束过程变量和质量变量的残差，导致残差中可能包含了大量的信息。提出一种基于残差再提取的概率PLS模型，在概率PLS的基础上，从残差中进一步提取出主要成分，从而将过程变量和质量变量划分为相关主元空间、与质量变量无关的过程变量的主元空间、无法预测的质量变量主元空间、过程变量残差空间和质量变量残差空间。采用极大似然算法，结合EM算法估计了模型参数，并构建了基于该模型的过程监控指标。在数字仿真例子中的应用验证了该算法的有效性。

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含饱和问题的模糊奇异摄动系统控制器设计

王洋, 杨义勇, 孙富春, 杨洪玖, 马肸

控制工程. 2019, 26(4): 638-644.

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主要针对模糊奇异摄动系统的控制器饱和问题，建立含有控制器饱和的连续时间模糊奇异摄动系统模型。利用并行分配补偿原则（PDC）进行控制器设计，并且证明系统稳定性。通过线性矩阵不等式方法求出控制器增益。此外，利用辅助矩阵推导出其椭圆和多边形吸引域。针对单输入系统，给出吸引域求解的充分必要条件。数值仿真实例来说明控制器设计的有效性。

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基于Hough变换和GLCM的端铣表面粗糙度检测

闵莉, 王哲, 董帅

控制工程. 2019, 26(4): 645-651.

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研究基于计算机视觉的非接触式端铣表面粗糙度检测方法。通过图像采集系统获取端铣工件表面图像，并进行图像预处理。基于Hough变换旋转图像，提取特定方向下GLCM的特征参数，较大程度缩短了计算时间。确定了适于表征端铣表面粗糙度的4个GLCM特征参数。采用BP神经网络算法研究纹理特征参数与粗糙度Ra之间的关系，构建粗糙度BP神经网络检测模型。实验表明，基于Hough变换的GLCM纹理特征参数提取方法能快速实现粗糙度纹理特征的提取，而BP神经网络检测模型具有较好的预测效果，能够满足端铣表面粗糙度测量的精度要求。

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基于核典型相关分析的故障检测方法

任嵬, 索寒生, 蒋白桦, 贾贵金

控制工程. 2019, 26(4): 652-656.

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针对化工过程中存在大量非线性问题，目前存在的主要方法为将核算法与偏最小二乘算法相结合（KPLS），相比于KPLS算法，将核与典型相关分析相结合的方法（KCCA）能够最大化两组变量相关性，以达到更好的检测效果。然而KCCA方法不能准确地将数据空间分解成与关键性能指标（KPI）相关和不相关的部分，从而忽略了剩余空间仍然涉及与KPI相关的一些信息的事实。文中提出了一种新的改进的KCCA（MKCCA）方法，该方法对核矩阵的可计算负载进行奇异值分解（SVD），得到一个投影模型，将核矩阵适当地分解为KPI相关部分和不相关部分，然后设计两个统计量进行故障检测。最后利用田纳西伊士曼（TE）过程验证了所提出方法的有效性和优越性。

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水流量标准装置的流量和压力快速控制

党士忠, 孙立军, 唐冰, 张涛

控制工程. 2019, 26(4): 657-663.

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针对流量和压力调节相互耦合导致控制系统快速性降低的问题，以水流量标准装置为例，分析了流量和压力的耦合关系；以调节阀开度为流量主控制量，变频器工作频率为压力主控制量；提出了神经网络结合PID的快速控制方法；建立了神经网络模型，并进行了模型预测精度验证和控制特性实验验证。预测结果与实验结果表明，变频器工作频率预测相对误差在±0.6 %以内，调节阀开度预测相对误差在±5 %以内；BP神经网络结合PID的控制效果良好：与串行PID控制相比，流量和压力的调节时间减少38.5 %~87.3 %；与并行PID控制相比，流量和压力的调节时间减少25.4 %~83.7 %。

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基于人机工程学的控制室设计研究

陈圆

控制工程. 2019, 26(4): 664-669.

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研究控制室人机环境的设计方法，用以提高设备设施的好用度，提升操作人员工作效率和舒适性。应用人机工程学的基本理论，通过“以人为中心”的需求分析，将控制室的“机”的设计要素分解为造型基本特征、布局、尺寸与控制设计，“环境”的设计要素分解为物理环境、物质环境、情感环境，分别针对这些要素提炼了使之符合人的需求的设计原则与方法。所提出的设计原则与方法，将为控制室的人机工程设计提供有效参考与建议。

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基于PID控制器的油气分离系统性能评价研究

曲波, 赵洪业, 高翔, 姜碧波, 赵德权

控制工程. 2019, 26(4): 670-674.

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海上石油平台石油生产油气分离控制回路的控制器大都为PID控制器。而PID控制器可能会因工况变化及参数突变等原因导致系统发生时变而造成其性能下降。针对PID控制器性能可靠性提出基于最小方差控制的PID控制器性能评价方法，利用半实物仿真技术构建海上平台油气分离系统仿真测试模型，并以该模型对中控系统进行仿真研究。采用多总线技术保证仿真模型与计算机通信，实现对仿真系统平台参数的实时监控。最后，通过对测试模型仿真的结果表明PID实时评估算法可以有效提高中控系统的性能。

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公交优先交通控制的协同混沌粒子群算法

蔡延光, 黄柏亮, 蔡颢, 黄何列, 戚远航

控制工程. 2019, 26(4): 675-681.

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针对区域路网多交叉口公交优先通行协同控制问题，提出了一种区域路网降级建模策略，并基于此策略建立了一种以人均延误最小为目标的区域路网多交叉口交通信号协同优化控制模型；并通过引入混沌优化策略和多种群协同搜索策略，提出了多种群协同混沌粒子群算法求解模型。实验表明，所提出的模型和算法具有较好的实用性；所提算法相较于Webster固定配时方案、遗传算法和标准粒子群算法能得到更优的信号配时方案，区域路网的人均延误时间得到了有效降低。

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民航客机运营燃油消耗的动态预测方法研究

张军, 杨贵宾, 彭晓峰, 慕晓岩

控制工程. 2019, 26(4): 682-687.

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为提高民航客机运营中燃油消耗的预测精度，提出了基于实际运营数据的带有机龄特征的预测方法。通过对飞机航线不同飞行阶段的燃油消耗过程解析，提出了基于最小二乘支持向量机(LSSVM)的动态预测方法，构造改进粒子群方法对LSSVM参数进行优化；提出基于横向与纵向的二维驱动的动态预测模型，使飞机运营燃油消耗动态预测更加与实际情况相符，以增加预测精度。最后通过某航空公司客机运营实际数据验证了所提预测方法的有效性，与传统 LSSVM 方法相比精度更高。

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基于聚类与加权连接的锅炉NOx排放量多模型建模

朱钰森, 金晓明, 张泉灵

控制工程. 2019, 26(4): 688-693.

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针对热电锅炉燃烧过程存在非线性、多工况、多耦合等特点，提出了一种模糊C均值聚类、最小二乘支持向量机和加权连接（FCM-LSSVM-WC）相结合的多模型建模方法。该方法根据输入变量对输出变量的影响程度来评价样本之间的差异性，利用限幅处理的BP神经网络计算平均影响值（MIV），并以此作为FCM聚类过程与多模型连接的权系数，从而保证了建模过程的连贯性与统一性。以循环流化床（CFB）锅炉为例开展燃烧过程NOx排放量的建模仿真研究，结果表明：与偏最小二乘算法（PLS）、LSSVM算法、FCM-LSSVM算法、仿射传播-最小二乘支持向量机（AP-LSSVM）算法相比，该建模方法能够在保证泛化精度的同时，具有更好的跟踪预测能力。

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基于李沙育图形的非线性模拟电路故障诊断

陆晶, 陈欣, 李志华

控制工程. 2019, 26(4): 694-699.

摘要 ( )

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针对非线性电路的故障诊断的难题，提出了一种基于李沙育图形对非线性模拟电路进行故障诊断的方法。通过合成电路的激励信号与可测节点信号的李沙育图形来诊断电路故障。结合曲率弯曲能与曲率特征点可提取李沙育图形的有效信息构成故障特征向量。该方法的优点在于可以充分结合激励信号和可测节点信号的信息，且不需要对电路拓扑结构进行分析。仿真实验结果显示，该方法对对数放大电路的故障诊断率达到90 %以上，具有较好的非线性模拟电路故障诊断效果。

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基于互信息选择特征向量的锂离池SOH估计

孙豪豪, 潘庭龙, 吴定会

控制工程. 2019, 26(4): 700-707.

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针对锂电池样本呈现出的数据量少、非线性特征，提出了一种基于互信息选择支持向量机回归（SVR）模型的输入特征向量来估计SOH的方法。考虑到影响支持向量机计算结果的因素包含输入样本的代表性和模型参数设置的好坏，在输入样本的选择上使用了互信息的方法，最终选择了恒流恒压充电过程中的电压均值和最高最低温差作为输入特征向量；选择网格搜索算法优化模型参数。实验结果表明，基于互信息选择SVR输入特征向量的锂离池SOH估计结果与基于BP神经网络模型的估计结果相比，所提方法获得了较高的SOH估计精度和泛化能力。

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基于平衡截断的线性切换系统有限频模型降阶

杜鑫, 吴新聪, 胡正, 刘源

控制工程. 2019, 26(4): 708-716.

摘要 ( )

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为得到了在针对连续时间线性切换系统模型降阶时更佳的有限频域区间内模型逼近性能，提出一类基于频率参数依赖的平衡截断模型降阶方法。首先引入了一类可近似刻画线性切换系统有限频域下模型逼近性能的广义有限频指标，并进一步在线性时不变系统相关理论的基础上推导给出了连续时间线性切换系统和其离散时间域下参数化频率依赖映射系统之间的全频/有限频性能之间的关系，最终给出了用于求解降阶切换系统模型的参数化频率依赖平衡截断算法。数值例子表明了所提出方法的有效性。

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自适应边界层非奇异快速终端滑模控制

张贝贝, 赵东亚, 高守礼, 张佳舒

控制工程. 2019, 26(4): 717-723.

摘要 ( )

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针对传统非奇异快速终端滑模在平衡点附近收敛速率比经典终端滑模收敛速率慢的问题，提出了一种非线性不确定系统改进型非奇异快速终端滑模，在平衡点附近获得比经典终端滑模更快的收敛速率。其次，设计了一种自适应边界层非奇异快速终端滑模算法, 使系统状态能有限时间收敛到一个剩余集。自适应边界层的应用进一步提高了系统控制精度，改善了系统鲁棒性。同时，根据Lyapunov理论证明系统的闭环稳定性。最后，通过Matlab仿真表明，对非线性不确定系统，该算法能大大提高系统的控制精度，改善系统鲁棒性。

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基于12扇区的PMLSM直接推力控制

张宏伟, 王新环, 陈凯彬

控制工程. 2019, 26(4): 729-734.

摘要 ( )

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针对永磁直线同步电机（PMLSM）传统6扇区直接推力控制推力脉动大的问题，提出了基于12定子磁链扇区和13电压空间矢量的直接推力控制方法，设计了一种新的电压选择开关表，利用三相和两相混合导通方式，实现13电压矢量输出，利用Matlab/Simulink对永磁直线同步电机12扇区直接推力控制系统进行了建模与仿真研究。仿真结果表明，与传统的直接推力控制方法相比，改进的12定子磁链扇区直接推力控制可以明显减小推力和磁链脉动，性能优越。

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感应电机滑模磁链观测器的直接转矩控制研究

于建国, 肖海峰, 许宇豪

控制工程. 2019, 26(4): 735-739.

摘要 ( )

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交流感应电机磁链观测是决定电机传动系统性能的关键，针对传统电机磁链观测精度易受电机参数变化等因素的影响，提出了一种基于新型滑模变结构定子磁链观测方法,与传统滑模磁链观测器不同，该观测器仅在定子坐标系下通过滑模函数驱使观测电流跟随实际电流,实现对定子磁链的观测。同时，该方法间接实现了对转子速度及磁链的估计，使磁链观测过程不依赖于实际转子速度分量，对转子位置具有完全鲁棒性。理论分析和实验结果证明了该方法能在全速范围内实现精确观测定子磁链估计,具有控制精度高、鲁棒性强、动态响应快等特点。

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一种擦窗机器人的设计与分析

陈海初, 李强

控制工程. 2019, 26(4): 740-745.

摘要 ( )

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设计了一种擦窗机器人结构，在机器人底部设计真空吸盘，通过真空泵抽取吸盘内空气形成负压，使机器人贴合在窗户玻璃上；机器人采用双电机履带轮驱动方式，以提升机器人与玻璃的接触面积，增强驱动力；同时，设计了负压传感器并通过管路与真空吸盘连通，实现对负压值的实时检测，以便控制系统自动调整真空泵电机的PWM控制参数，确保机器人在不同摩擦系数的玻璃表面正常运动。根据机器人的结构设计参数，建立了机器人的受力简化模型，并基于该模型，对机器人的负压模型、驱动模型进行了理论分析；最后完成了机器人样机开发，并对该机器人进行了吸附测试及行走测试；试验测试结果证明该机器人在光滑玻璃表面吸附负载能力可达10 kg以上，且能在多种不同摩擦系数的玻璃表面行走。

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基于核典型RF的过程故障诊断

曹玉苹, 卢霄, 田学民, 邓晓刚

控制工程. 2019, 26(4): 746-751.

摘要 ( )

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基于主元分析的旋转森林没有考虑特征的时序相关性，为此，提出一种基于核典型旋转森林的故障诊断方法，以提高非线性动态过程的故障诊断精度。所提方法通过未知非线性映射将随机森林特征投影到高维线性再生核Hilbert空间，利用典型变量分析提取变量的动态相关信息，得到不相关特征。采用核函数解决非线性映射未知的问题，为了避免传统核典型变量分析存在的核矩阵奇异问题，该研究在核主元空间提取典型变量，以训练决策树。该方法考虑了随机森林特征的非线性相关性和动态相关性，增加了决策树之间的差异性，有助于提高故障诊断精度。以田纳西-伊斯曼过程为例对所提方法的有效性进行了验证。

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基于QAR数据的飞机燃油流量预测

陈聪, 师利中, 高洁, 董诗尧, 曹津津

控制工程. 2019, 26(4): 752-758.

摘要 ( )

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以目前国内服役最多的B737NG飞机所使用的CFM56-7发动机为研究对象，对飞机快速存取记录器（QAR）的大量数据进行译码分析，以平稳小波Rigorous SURE的方法对数据进行预处理、滤波去噪，分别对发动机N1转速、N2转速、排气温度EGT等参数进行线性或非线性回归分析，结合飞行阶段进行合理划分与建模，分析研究出飞机各主要性能参数与燃油流量（FF）的关系，建立FF的全航程预测模型。通过MATLAB-Simulink进行仿真分析，并选取长航班、中短途航班及复飞航班等5种具有代表性的情况验证FF预测模型与实际流量的误差均在允许范围内，证明所建模型的合理性和普适性。

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基于小波包熵和数据融合的煤与瓦斯突出预警

屠乃威, 阎馨

控制工程. 2019, 26(4): 759-764.

摘要 ( )

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在深入分析煤与瓦斯突出前的瓦斯浓度变化基础上，提出了基于小波包熵和数据融合的煤与瓦斯突出预警方法。利用基于均值的分批估计融合方法对瓦斯浓度多传感器数据进行处理，以获取煤与瓦斯突出预警所需更为准确、可靠的数据；利用瓦斯浓度变化的小波包熵特征，量化瓦斯浓度变化的无序程度；利用基于小波包熵特征的煤与瓦斯突出预警模型，进行煤与瓦斯突出的实时预警；利用基于重构信号能量的小波包分解层数确定方法，对瓦斯浓度变化的小波包熵特征提取所需的小波包分解层数进行科学确定。通过实例验证表明，煤与瓦斯突出前瓦斯浓度发生忽大忽小的无序变化时，所提方法可以有效探测工作面的煤与瓦斯突出危险性。

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基于置信规则库推理的过程报警预测方法

张泽生, 李宏光, 杨博, 张菁

控制工程. 2019, 26(4): 765-772.

摘要 ( )

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为了更加有效的利用流程工业中的各种历史报警信息，对未来时刻的系统安全性进行评判，提出了一种基于置信规则库推理的过程报警时间序列预测方法，利用过程变量的历史报警数据建立置信规则库模型，采取粒子群算法进行模型参数学习。该预测模型可以对未来一段时间过程可能产生的报警状态变化趋势进行预测。通过数值实例仿真及实际工业过程报警数据对该模型进行验证，得到了较为满意的预测结果。

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RBF支持向量机用于多类混叠的人脸识别研究

朱树先, 李芸, 祝勇俊, 吴征天

控制工程. 2019, 26(4): 773-776.

摘要 ( )

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RBF支持向量机以其稳定性和识别率高的优势被广泛地应用于模式识别和故障检测。与其他文献不同，RBF支持向量机被应用于多类混叠的人脸识别。一方面考察经过多类混叠后，以RBF为核函数的支持向量机的性能有无退化，另一方面使其更具实用价值。经过实验验证，与RBF支持向量机用于单一类别相比，多类混叠的样本在性能上的确稍有退化，但是仍旧保持了很高的识别率，验证了该方法的有效性和实用性。

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基于容积卡尔曼滤波PMSM无位置传感器控制

王迪

控制工程. 2019, 26(4): 777-782.

摘要 ( )

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为克服模型不精确和存在外部扰动导致卡尔曼滤波精度下降问题，提出一种改进容积卡尔曼滤波内置式永磁电机无位置传感器控制算法。建立了两相静止坐标下永磁电机状态方程，采用高斯过程回归对系统状态和量测进行学习，并替代容积卡尔曼滤波中的系统状态方程和量测方程。该方法保留了容积卡尔曼滤波算法的辨识精度，提高了模型不精确和存在外部扰动时系统的鲁棒性，实验结果表明，相对于对比卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和容积卡尔曼滤波算法，改进的容积卡尔曼滤波算法在辨识精度、实时性及鲁棒性上均更优，具有更广的应用前景。

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一种改进的RFID双向认证安全强化协议

谭锋

控制工程. 2019, 26(4): 783-789.

摘要 ( )

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针对物联网中标签上数据信息容易泄露的问题，提出了一个新型的双向认证安全强化协议。不同于传统的RFID认证协议，提出的协议通过基于零知识证明的认证方法来认证成员身份，利用证明者与验证者实时的信息交互完成零知识证明，并将参与主体的身份安全规约到其自身身份密钥的安全性上。文中最后对本协议的形式化证明，包括秘密性证明、认证性证明、标签不可追踪性三个方面，表明本协议均满足RFID双向认证要求。

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炼钢-精炼-连铸脱磷钢包调度算法研究

刘炜, 庞新富, 柴天佑

控制工程. 2019, 26(4): 790-798.

摘要 ( )

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针对炼钢厂采用人工方式进行钢包调度，在钢包温度、寿命、材质方面随意性较大，导致钢包选配结果优化程度偏低的问题，在炉次的加工时间已知、炉次对钢包的脱磷工艺要求已知的条件下，以钢包温度最高、钢包寿命最长、钢包剩余在线时间最大为性能指标，以钢包温度在规定范围内、钢包寿命在规定范围内和钢包维护结束时间早于炉次加工时间为约束，采用分类一致性方法给出了脱磷钢包选配规则，通过规则推理为进行脱磷的炉次决策脱磷钢包。采用仿真实验测试算法的性能，实验结果表明，相对于现场人工调度，算法能够使钢包周转更加流畅，提升生产效率，提高了企业的经济效益。

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2019年, 第26卷, 第4期　
刊出日期：2019-04-20

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