控制工程

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李莉, 于青云

控制工程. 2020, 27(3): 409-417.

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首先提出了一种基于主瓶颈设备利用率的并行半导体生产线投料控制策略(Release Control Policy Based on Bottleneck Equipment Utility, RCPBEU)：分析投料与主瓶颈设备利用率之间的相关性；通过设定不同的仿真场景，确定主瓶颈设备利用率标准区间值，用于判断每卡待投料工件是否投进该生产线。随后，将瓶颈设备扩展到瓶颈加工区，提出了基于主加工区利用率的并行半导体生产线投料控制策略(Release Control Policy Based on Processing Area Utility, RCPPAU)：采用试凑法确定主加工区利用率标准区间值；将主加工区与关系协同投料、主加工区或关系协同投料的方法在仿真系统上进行大量仿真。仿真结果表明，上述方法与固定在制品投料方法相比，出片量、加工周期、准时交货率、紧急工件准时交货率均能得到较大程度的改善。

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混合EDA求解多目标零等待作业车间调度问题

姚友杰, 钱斌, 胡蓉

控制工程. 2020, 27(3): 418-423.

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为了求解最小化问题的最大完工时间(Makespan)和最大延迟时间的多目标零等待作业车间调度问题，提出了一种混合分布估计算法。首先，提出了NEH与随机生成并用的初始化种群机制，从而提高初始解的质量。其次，根据概率矩阵模型生成新的个体并通过非劣解集中的非受支配解更新概率矩阵。然后，在局部搜索部分，设计了一种变邻域的搜索机制，从而加强局部搜索能力，提高算法的搜索性能。最后，在仿真实验部分，通过对不同规模标准测试问题的测试，以及与其他算法的对比结果，验证了混合EDA求解多目标零等待作业车间调度问题的有效性。
关键词：零等待作业车间调度；分布估计

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改进NSGA2在炼钢-连铸调度中的应用研究

王秀英, 李庆

控制工程. 2020, 27(3): 424-429.

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针对具有多重精炼方式的炼钢-连铸调度排产问题，采用单纯带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA2)存在求解精度不高，求解速度慢、并得到Pareto解集后需要人工确定最优解的问题，提出了基于优先级策略的改进NSGA2新方法。首先基于炼钢-连铸生产工艺过程及调度目标和要素建立多目标优化调度模型，然后将所提出的方法应用到具有多重精炼的炼钢-连铸生产调度问题中，并与现有采用原始NSGA2的仿真结果进行比较。实验结果表明本文提出的基于优先级策略的改进NSGA2算法在求解速度、求解精度上均优于原始NSGA2算法，并能自动给出唯一的最优调度方案，避免人工确定最优解缺乏科学依据问题。

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基于犹豫模糊M-几何平均的物流企业选择

谢天雨, 杜洪越

控制工程. 2020, 27(3): 430-435.

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对于属性信息之间有着一定关系并且属性值为犹豫模糊元的问题，运用提出的犹豫模糊Maclaurin几何对称平均(HFMGSM)算法，建立了一种新的多属性群决策模型，该模型可以依据决策者偏好而选择合适参数值进行决策。首先，结合Archimedean范数引入了新的犹豫模糊运算；其次，以Maclaurin几何对称平均为基础，设计了HFMGSM算子，随后研究了HFMGSM算子具有的几种性质特性，分析了HFMGSM算子的几种特殊情况；最后，在犹豫模糊信息环境下，运用HFMGSM算子构建了一种新颖的多属性群决策模型，并通过物流企业选择实例进行验证分析。

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基于AOV图和多叉树的功能块程序编译算法

仲崇权, 张禹阳, 赵亮, 李丹

控制工程. 2020, 27(3): 436-443.

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针对可编程逻辑控制器(PLC)的功能块(Function Block Diagrams，FBD)程序指令类型多、串并联复杂和多重输出等问题，提出一种基于顶点活动图(Activity on Vertex，AOV)和多叉树的功能块程序编译算法。该算法将功能块程序映射为AOV图，首先用邻接表存储AOV图中的顶点信息和顶点之间的连接信息，对功能块程序进行语法检查，然后通过邻接表建立表示功能块间逻辑关系的多叉树，通过先根遍历算法遍历多叉树确定功能块执行顺序，最后按照遍历顺序和PLC指令结构将功能块程序转换成二进制代码，形成目标程序。该算法能将PLC支持的功能块指令程序编译为目标程序，具有通用性，已经成功应用在PLC开发平台软件PLC_Config中。

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一种基于参数自整定的小波去噪算法研究

刘宝, 冯巨龙, 宋树鹏, 叶会会

控制工程. 2020, 27(3): 444-450.

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小波阈值去噪法因其算法简单、计算量小而广泛应用于信号去噪，提高了数据处理的精度和效率。为解决传统小波阈值去噪法中阈值函数连续性差或原始小波系数与估计的小波系数存在恒定偏差的问题，提出了一种基于参数自整定阈值函数的改进小波去噪算法。该方法采用指数平滑逼近对小波系数进行阈值处理，通过参数的自整定使其阈值函数能够很快逼近硬阈值函数曲线，并具有较好的连续性和更佳的阈值估计小波系数，从而使改进后的小波去噪算法具有更好的去噪效果。仿真实验结果表明：相比于传统的硬、软阈值去噪方法，改进后的小波去噪算法的去噪效果更优。

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基于改进自训练算法的半监督GPR软测量建模

史旭东, 熊伟丽

控制工程. 2020, 27(3): 451-455.

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为了充分利用实际工业过程中大量无标签数据中的信息，提出了一种基于改进自训练算法的高斯过程回归(GPR)软测量建模方法。首先，利用相似度估计无标签样本缺失的主导变量值；然后，根据估计值对有标签数据集的影响，对估计样本集中的数据进行筛选；最后，将泛化能力强的样本加入有标签样本集中，得到重构训练样本集并进行软测量建模。通过脱丁烷塔塔底丁烷浓度预测的仿真实验，验证了所提方法的可行性和有效性。

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改进的双闭环舵机控制系统设计与实现

罗明亮, 蔡权林, 唐剑超, 穆成龙, 王厚浩

控制工程. 2020, 27(3): 456-461.

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电动舵机作为导弹的执行元件，其性能对弹体特性提升起着关键性的影响。为了满足弹体对舵机的性能需求，采用了一种末端舵面角度测量值作为位置环的反馈量实现位置闭环，其微分量作为速度环的反馈量实现速度闭环的双环控制方案，并针对速度环控制器设计了自适应分段调整控制算法，最后开展MATLAB平台理论仿真和舵机系统实物测试。经实验结果表明，所设计的舵机控制系统运行平稳，各项性能满足指标要求，验证了该控制方案的可行性。

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一种改进的区间时变时滞系统稳定性准则

尹宗明, 张宁, 雷蔓, 仇磊

控制工程. 2020, 27(3): 462-468.

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研究区间时变时滞系统的稳定性问题。首先，通过引入一个区间调节参数，将系统时滞区间分解为两部分之和。其次，在两个子区间的基础上构造一个包含更多时滞信息和三重积分项的新Lyapunov-Krasovskii (L-K)泛函。在处理来自L-K泛函求导过程中产生的积分交叉项时，将时滞分属于各子区间的情况作为一个整体来研究。然后，基于Lyapunov稳定性理论，以线性矩阵不等式的形式给出一个新的稳定性准则。最后，通过两个数例证明所得稳定性准则的有效性。

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四旋翼无人机的自适应反步跟踪控制

张政, 王芳, 郭颖, 宗群

控制工程. 2020, 27(3): 469-475.

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针对四旋翼无人机存在外界干扰情况下的姿态和位置的跟踪控制问题，提出了自适应反步控制策略。首先，通过对四旋翼无人机模型的分析，将其转化为带有外界干扰的严反馈形式；其次,采用自适应技术，实现对未知外界干扰上界的估计，并结合反步控制，分别设计姿态和位置的跟踪控制器；再次，基于Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的渐近稳定性；最后，通过数值仿真验证了所设计控制策略的有效性。仿真结果表明所设计的控制器具有较好的鲁棒性和跟踪性能。

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倒立摆张量积分散LQR稳定控制

王雯, 崔建峰, 武燕

控制工程. 2020, 27(3): 476-480.

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针对单级环形倒立摆非线性模型的二次型最优控制的问题，提出一种张量积分散LQR控制设计方法。首先，对单级环形倒立摆模型在选定的变参数空间进行离散化；然后针对各离散点系统，通过黎卡提方程求解LQR控制器，并将控制器增益矩阵存储到离散张量中；接着，运用张量积模型变换方法得到凸多面体结构的张量积分散LQR控制器；最后，通过仿真实验测试算法的有效性。实验结果表示，相比于传统LQR控制方法，新方法可以在更大范围内保证较优的性能指标，且无需经过较为复杂的解析求解过程，而且所得控制器可使用查表方法进行在线计算，相比于SDRE方法，更适用于实时控制。

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基于SICPSO算法的PIλDμ控制器参数整定

余向阳, 朱咏, 高春阳

控制工程. 2020, 27(3): 481-486.

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分数阶PID控制器具有5个可调参数KP、KI、KD、λ、μ，能够取得更好的控制效果。目前针对PIλDμ控制系统的参数整定与优化方法已成为分数阶控制领域的研究热点，但由于参数整定变得更加复杂，整定结果有待进一步提高。利用改进Tent映射的良好遍历性生成较优初始种群，以此增强PSO算法初期的全局搜索性能；应用参数ω、c2自适应的PSO算法侧重实现算法后期的局部优化功能以及融入混沌序列作为粒子分量更新的随机数，形成混合算法SICPSO，分别对典型整数阶和分数阶被控对象进行仿真和分析。针对传统ITAE误差准则作为目标函数的不足，在误差准则内引入输出值变化率加权项。结果表明，混合算法SICPSO寻优能力强，改进的目标函数有效，能够较好地提高系统的性能指标。

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一种动态决策的舰艇编队防空作战模型

马良

控制工程. 2020, 27(3): 487-492.

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针对舰艇编队防空作战决策的实时性和紧迫性特点，在建立舰艇编队防空作战模型的基础上，提出了一种基于动态决策的优化启发算法，用以解决舰艇编队防空作战决策的生成问题。考虑传统火力分配算法动态决策时间延迟的不足，以对来袭目标最大毁伤和缩短抗击时间为目的，为舰艇编队防空决策选择合适的规则策略。仿真算例表明：采用基于动态决策的优化启发算法能有效解决防空作战中的动态决策问题，所提出的模型算法在保证抗击来袭目标时效性的前提下，合理分配舰载武器资源，提高作战效率。

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切换系统激活模式辨识和有限时间状态估计

杨俊起, 吴琛

控制工程. 2020, 27(3): 493-499.

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针对一类具有未知输入的不确定线性切换系统，考虑并利用有限时间观测器解决其激活模式辨识和有限时间状态估计问题。首先，利用状态和输出变换得到解耦未知输入的降维切换系统。其次，为每一个降维子系统设计一个对应的有限时间观测器，并对降维系统与观测器系统输出的残差范数进行最小化，从而提出一种激活模式辨识的方法。然后，通过有限时间观测器设置任意小的时间参数，实现了对降维解耦切换系统的有限时间状态估计，同时利用状态等价变化的方法得到原系统的有限时间状态估计。最后，通过MATLAB仿真验证了所提方法的可靠性。

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基于改进伯格博弈模型的云计算任务调度

孙红, 赵娜

控制工程. 2020, 27(3): 500-506.

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为解决云计算环境下海量资源调度问题，提出一种能提高整体服务质量的任务调度模型，引用罗尔斯正义分配伯格模型和博弈算法理论，设计了一种基于改进的伯格博弈模型的任务调度算法，将改进的伯格模型把关于社会分配理论和博弈理论应用到云环境的任务调度中。然后将基于改进的伯格博弈模型的任务调度算法分别与公平优先、效率优先的任务调度算法进行对比分析，在CloudSim仿真平台上，分别将上述3种任务调度算法进行调试实现。结果表明，基于改进的伯格博弈模型的任务调度算法不仅满足效益优先兼顾公平的分配策略，同时也显著提高了整体服务质量。

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城市快速路交通流参数估计方法研究

张辉, 江竹, 李树彬, 雷震宇

控制工程. 2020, 27(3): 507-512.

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车辆速度、密度、流量关系模型是研究交通流道路通行能力和交通运行状况的重要依据，针对真实道路车辆速度估计，展开经典交通流参数估计解析模型和基于机器学习方法模型的估计效率研究，并提出一种聚类最小二乘方法估计车辆速度。真实交通道路往往存在大量随机因素，而且现场采用的是微波监测器采集数据，导致原始数据存在极大的不确定性，因此，该方法首先对实测数据进行修复、校正和平滑等预处理；为了提高参数估计的效率和准确性，该方法采用k均值聚类对预处理后数据进行聚类；最后采用最小二乘法估计车辆速度。利用实测数据对算法进行测试，结果表明，文章所提出的算法估计效果优于经典解析模型，提高了交通流参数的估计精度，对更加精确的刻画交通流变化趋势有一定的现实意义。

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一种抗量子攻击的RFID安全认证协议研究

刘涛, 贾浪峰, 郭苹

控制工程. 2020, 27(3): 513-519.

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针对量子计算机对现有RFID系统的公钥密码体制(RSA、ECC)的安全性带来了巨大冲击，提出了一种基于NTRU密码体制的RFID相互认证协议，NTRU密码体制能够抵抗量子攻击且加解密速度快、密钥短、安全性高。将NTUR密码体制和具有不可预测性的真随机数发生器相结合，保证每次传输的数据都具有不可预测性，能够有效抵抗跟踪攻击、假冒攻击、重放攻击等安全隐私问题，并且实现了三方相互认证。通过GNY逻辑对协议安全性进行了形式化证明，证明了协议的可行性，最后与其他相关协议对比分析，表明所提出协议的安全性和计算效率更高。

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动态域等值线的多目标环绕跟踪方法研究

覃运初, 罗富贵

控制工程. 2020, 27(3): 520-525.

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针对运动多目标环绕跟踪问题，提出一种基于动态域等值线的目标环绕跟踪方法，实现了较好的跟踪效果。首先，通过人工建造的距离测量等值线标量场构建动态多目标的环绕飞行跟踪路径，并利用当前位置值的逐点访问，获得该动态未知标量场的等值线；其次，对该等值线跟踪路径进行跟踪控制策略设计，相对于传统磁场梯度跟踪方式优点是无需任何字段衍生工具，并给出跟踪过程的收敛性证明。最后，给出所提算法严格的收敛性理论证明，并通过实验室模拟对算法有效性进行了验证，获得较好的动态跟踪效果。

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CRH2C型动车组双臂刮雨器故障检测及诊断

周建源, 赵博, 谭帅

控制工程. 2020, 27(3): 526-531.

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本文简述了CRH2C型动车组双臂刮雨器的组成结构及工作原理，同时对该型动车组的双臂刮雨器的故障检测及诊断方法进行深入研究，并设计故障诊断设备。通过检测电源信号，PLC控制器的输入、输出信号，电机输入信号以及位置传感器信号，根据双臂刮雨器的控制逻辑及工作原理，建立功能逻辑表。在实际工作中，将现场检测的逻辑序列与理论建立的逻辑表对比，根据逻辑判断流程图，实现了对动车组的双臂刮雨器的故障检测及诊断。最后，将提出的故障检测及诊断方法应用于实际案例中，可以快速、精准地确定双臂刮雨器是否发生故障，并定位故障发生的位置，验证提出方法的有效性。

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随机森林和DE-ELM的烘丝机入口含水率预测

金发岗, 王雅琳, 张鹏程, 陈晓方, 李善莲, 张炜

控制工程. 2020, 27(3): 532-539.

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烘丝机入口含水率是影响烟丝质量与卷烟口感的关键因素。为实现其预测并为操作优化提供依据，提出了基于随机森林和DE-ELM的烘丝机入口含水率预测方法。首先通过随机森林基于平均精确度减少的排序方法筛选特征变量，然后采用差分进化优化的极限学习机(DE-ELM)建立筛选后特征变量与烘丝机入口含水率的关系模型，进而实现烘丝机入口含水率的预测。对比神经网络(BP-NN)、支持向量机(SVM)、普通极限学习机(ELM)及随机森林等方法在相同历史生产数据集上的预测结果，所提DE-ELM预测方法使烘丝机入口含水率的预测准确率稳定在95.87 %，预测标准平均误差仅为0.128 %，预测效果最佳。

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大型高炉铁水硅含量变化趋势的智能预报

蒋珂, 蒋朝辉, 谢永芳, 潘冬, 桂卫华

控制工程. 2020, 27(3): 540-546.

摘要 ( )

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针对铁水硅含量趋势的研究仅局限于利用前后历史数据的差值来量化下一炉次趋势的变化，无法量化未来一段时间内铁水硅含量的变化趋势，且对铁水硅含量变化趋势划分不完全的问题，通过在对现场数据预处理的基础上，结合现场操作制度、专家经验和变量的滞后时间确定趋势变化周期，采用回归拟合确定硅含量趋势的变化信息，利用复合差分进化算法来优化随机权神经网络的参数，建立高炉铁水硅含量变化趋势智能预报模型，实现大型高炉铁水硅含量变化趋势的五分类预报，现场数据验证了所建模型的有效性和可行性，为高炉操作者提前判断炉况变化趋势以及调控方向与幅度提供了可靠的参考依据。

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基于可调增益的桥吊自适应滑模控制器设计

陈曦, 徐为民, 岳雅雯, 陈天宇

控制工程. 2020, 27(3): 547-553.

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针对变绳长情况下二维欠驱动桥式吊车的防摇定位控制问题，提出了一种基于可调增益的自适应滑模控制方法。该方法是将含有小车位移、摆角变量和绳长变量的滑模面和构造出的等效控制律，通过自适应控制来调整控制器的增益。该控制器可以在含有外界干扰和系统不确定性的情况下快速实现对小车的定位和绳长变化的控制，并能有效快速地抑制负载的摆动，最后的仿真结果证实了该控制方法的有效性。

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云计算中基于改进视觉描述符的图像检索

王亮, 孙海燕

控制工程. 2020, 27(3): 554-560.

摘要 ( )

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为提高海量图像数据库的图像检索效率，提出了一种基于改进视觉描述符的海量数据图像检索算法。首先，设计了图像的视觉特征提取算法与图像兴趣点的提取算法；然后，对二叉搜索树进行修改，将图像中每一对兴趣点的图像ID作为键值(key)，通过二叉搜索树提高搜索的效率；最终，基于key-value的索引方案将图像小文件组织成一个大文件，利用云计算的MapReduce并行计算模块计算查询图像与图像库之间的相似性。基于公开的高维数据集与大数据集进行了实验，结果表明该算法不仅实现了较高的检索准确率，并且提高了大数据集的图像检索时间效率。

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改进的DCGAN在SAR图像分类中的应用

鲁力, 王洁, 韩要昌, 吴亚晖

控制工程. 2020, 27(3): 561-566.

摘要 ( )

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在军事背景下，实现SAR图像的更快更精准分类能够取得战略优势。首先论述了军事SAR图像在分类的过程中，生成的图像特征偏向于多数类样本致使分类精度低的现状。然后，基于改进的DCGAN（生成对抗网络）的方法与数据增强理论，对少数类样本扩增。同时，将DCGAN中的判别器嵌入一个多分类器，使得在分类过程中不仅对图像真假分类，也能够对真实类别分类。最后，基于Kappa值与训练和测试精度，将所生成的结果与优化CNN、VGG、DLN、Resnet网络训练结果对比，发现通过改进的DCGAN生成的SAR图像可以提升分类精度，并且具有更好的泛化能力。

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一种改进RRT算法在路径规划中的应用研究

成怡, 王赟, 修春波

控制工程. 2020, 27(3): 567-571.

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近年来，无人车路径规划问题已经成为人工智能领域重点研究的热点问题之一，引起了越来越多相关研究人员的关注。为解决移动机器人路径规划过程中路径的最优问题，提出一种改进的快速扩展随机树(RRT)算法。在基本RRT算法的基础上，以机器人的初始点为根节点，设置节点选取范围，同时引入变概率目标偏向思想克服随机扩展树生长时采样的随机性和收敛速度慢的问题。实验结果表明，改进后的RRT算法在复杂的环境下能快速找到一条距离最短的无碰撞路径，且运行时间也大幅降低。

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基于数据驱动的轮式移动机器人控制

姜海红, 孙丽丽, 黄庭培

控制工程. 2020, 27(3): 572-576.

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针对两个前轮独立驱动后轮作为万向轮结构的轮式移动机器人，研究左右轮驱动控制系统的协调控制。提出了基于子空间辨识方法的解耦控制策略，将一个双输入双输出系统分解成2个相互耦合影响的单输入单输出系统，直接利用实测的输入输出数据信息设计控制器。充分考虑轮式移动机器人左、右轮驱动控制系统彼此之间的耦合影响，该方法能够避开模型辨识过程，简化控制器设计，减轻计算负担，提高了控制性能。仿真结果表明该方法的有效性和可行性。

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基于改进遗传算法的虚拟机动态迁移策略

侯松

控制工程. 2020, 27(3): 577-580.

摘要 ( )

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随着数据中心规模的扩展，其消耗的能源与日俱增，导致云计算的运营成本不断增加。在云计算环境下，运用虚拟机的动态迁移技术能够优化配置云计算资源，进而有效降低数据中心能耗。首先，假设了一种云计算环境下虚拟机迁移场景，在该场景下多种应用服务请求处于动态变化之中，并且提供的应用服务与虚拟机是一对一绑定的；其次，提出了该场景下的基于多约束的多目标规划模型，并设计遗传算法作为虚拟机的主要迁移策略；最后，在CloudSim仿真平台下运用其自带的工作量数据对比测试本文设计的算法与传统启发式优化算法。实验结果表明，运用本文的虚拟机迁移算法，能够有效减少物理主机的使用数量和虚拟机的迁移次数，同时降低数据中心能耗。

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基于机器视觉的指针式仪表读数识别

张志锋, 王凤琴, 田二林, 薛冰, 李祖贺

控制工程. 2020, 27(3): 581-586.

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针对基于机器视觉的仪表自动校准系统，提出了一种在HSV颜色空间中进行指针仪表读数识别的方案。首先通过对比指针位置不同的两幅表盘图像获得不包含指针的参考表盘图像，然后在其明度分量中通过Hough圆检测进行表盘中心定位，在饱和度分量中进行刻度区域定位，并采用连通域标记法定位刻度线质心，用这些质心和表盘中心建立读数识别参考系统。针对待识别的表盘图像，基于帧差分法进行指针区域定位并确定指针的最小外接矩形，将其质心视为指针质心以克服质心偏移问题，在检测到刻度线质心和指针质心后，采用角度法进行读数识别。实验结果表明该方法能精确有效地确定指针仪表读数。

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2020年, 第27卷, 第3期　
刊出日期：2020-03-20

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