控制工程

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代伟, 夏振兴, 褚菲, 马小平

控制工程. 2020, 27(6): 919-926.

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近年来运行优化与控制成为工业过程控制中的研究热点，然而国内外至今没有可用于辅助研究人员和工程师快速实现控制器设计与搭建的可配置软件平台。为此，本文提出了一种组态的软件平台来解决这个问题。其主要优点是：该平台不仅提供了一个图形化组态环境，通过开发强大的控制策略图形化开发工具和 Petri 网引擎来调度用于并行计算的算法单元，而且还提供了集成几种主流的智能和数据驱动算法（例如案例推理、模糊逻辑、神经网络）的统一框架。本文详细介绍了系统的总体框架和关键技术，并通过一个典型磨矿过程硬件在环实验系统，搭建了运行优化控制系统以验证平台的可行性和实用性。

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基于区间观测器的感应电机故障检测

田阳, 张柯, 姜斌

控制工程. 2020, 27(6): 927-933.

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针对非线性电机系统，考虑了基于区间观测器的电机故障检测的设计问题。感应电机失效的主要原因是转子绕组和定子绕组发生故障，故障的发生对工业生产会有重大的影响，因此，及时而有效地检测感应电机绕组故障是非常有必要的。利用感应电机的状态空间数学模型，提出了一种基于区间观测器的设计方法，运用等价变换构造 Metzler 矩阵，且仅须利用测量输出区间内的部分信息，就可保证误差系统的状态为非负的。最后对模拟的绕组故障进行了实验，结果证实该方法是正确有效的。同时该方法的提出对工程应用也有一定的参考价值。

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一种基于 D-S 证据理论的交通事件检测模型

杜翠丽, 鹿高娜, 李晓璐, 朱广宇

控制工程. 2020, 27(6): 934-940.

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交通事件检测是城市交通事件管理的核心环节，对道路运营安全起着关键性作用。传统的事件检测算法各有各的适应条件，当现场状况发生变化时，算法的适用性会下降。为提高检测效果，解决检测算法的不确定性问题，提出一种基于 D-S 证据理论的融合事件检测模型。首先分析多参数 California 算法、断面流量—速度算法和神经网络算法 3 种算法的原理及流程；然后基于 D-S 证据理论建立 3 种算法的决策级融合模型；最后利用城市快速路的实测数据验证模型的有效性。实验结果表明融合模型具有较高的检测性能。

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基于云平台地图的侦察机器人室外自主导航

包加桐, 姚小梅, 缪露, 唐鸿儒, 宋爱国

控制工程. 2020, 27(6): 941-946.

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针对未知室外大尺度范围环境中的侦察机器人全局自主导航问题，提出了一种基于云平台地图路径规划的全局导航控制方法。首先对侦察机器人进行运动建模，采用扩展卡尔曼滤波算法融合 GPS、里程计、电子罗盘和惯性测量单元等传感器信息实现机器人的全局定位；其次利用开放软件开发包的云平台地图来自动规划或手动规划，生成机器人从当前位置至设定目标位置的关键路径点序列；最后将机器人与关键路径点的距离及偏航角作为输入，设计了全局导航控制器控制机器人调整其航向和速度依次通过关键路径点直至到达目标。在不同环境中开展了机器人全局自主导航仿真和实验，结果表明提出的方法能够有效地引导机器人经过多个分岔路口，可靠地完成室外环境下的全局自主导航任务。

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云通信下多智能体系统的自触发控制

宋运忠, 成云

控制工程. 2020, 27(6): 947-955.

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为了解决多智能体系统的协作问题，在所有智能体只能与一个云服务器进行间断通信的约束下，提出了一种分布式的自触发控制策略。通过引入“约定”的概念，智能体可以更好地估计邻居的未来状态，使得此策略下的每个智能体不仅可以自治地查明下一次的通信时刻，还可以减少请求通信的数量。而且，因为智能体与云服务器建立通信时才能获得邻居的信息，所以不再需要智能体具备连续“监听”的能力。理论上证明了此自触发策略下的所有智能体会达到一致。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

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人工蜂群的分数阶 PID 控制器参数自适应研究

陈超波, 胡海涛, 高嵩

控制工程. 2020, 27(6): 956-961.

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针对分数阶 PID 控制器参数多且不易整定的问题，及传统人工蜂群算法寻优速度慢且容易陷入局部解的缺点，提出了一种基于人工蜂群算法的分数阶 PID 控制器参数自适应整定方法。首先，初次引入了自适应因子及尺度因子，并将其应用到概率选择和搜索过程中，自适应因子随误差变化能够实现对搜索过程和概率选择的自动调整，实现搜索步长的自动变化，加快较差结果的淘汰速度；同时引进了佳点集方法进行蜂群初始化，提高了搜索的全局性；最后分别选取整数阶和分数阶系统进行实验仿真，对比已有的研究，证明了所提方法的有效性和优良性。

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不确定链式系统的动力学自适应跟踪控制

董莉莉, 梁振英, 金增珂, 徐玉镜

控制工程. 2020, 27(6): 962-970.

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基于移动机器人标准链式形式，研究了不确定链式系统的动力学自适应跟踪控制问题。首先，提出了运动学跟踪误差模型，设计了一种跟踪控制器；其次，对不确定链式系统，设计了基于动力学的自适应力矩控制器，使得系统跟踪误差渐近收敛到零，通过Lyapunov 方法证明了闭环系统的稳定性；最后，仿真证明了提出的控制器的有效性。

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基于非线性滑模的车道线双回路保持方法

赵俊波, 雷军委

控制工程. 2020, 27(6): 971-976.

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针对车辆自主驾驶中的车道线保持问题，基于车辆横向动力学简化线性模型，提出了采用姿态回路与位置回路分开设计的方案，并采用车辆姿态回路驱动位置回路，以消除车道线保持的位置误差。并且在两个回路的设计中，采用了一类新颖的 Sigmoid 与非线性函数复合的非线性滑模控制方法，使得车道线误差的收敛速度能够大大提高。最后，通过构造 Lyapunov 函数，证明了全系统所有闭环信号的稳定性。并进行了详细的数字仿真分析，通过和已有方法的对比，表明了本文所提方法的正确性与有效性。

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欠驱动 AUV 三维直线路径跟踪控制

王晓伟, 姚绪梁, 夏志平, 蒋晓刚

控制工程. 2020, 27(6): 977-983.

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为实现欠驱动自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)的三维直线路径跟踪控制设计滑模控制器(Sliding Mode Controller, SMC)。首先，基于运动学和动力学方程将路径跟踪控制问题转化为一个非线性系统的镇定问题；然后，应用李雅普诺夫(Lyapunov)理论和反步法(Backstepping)设计 SMC，保证系统的稳定性和鲁棒性。为削弱抖振，应用 Sigmoid 函数设计了滑模项。根据路径切换的回转角利用插值的方法调整回转半径，改善了跟踪效果。仿真结果表明该控制器能够实现对三维直线路径的精确跟踪。

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基于 ARX 模型的船舶航向保持 LQR 控制

杨鑫, 吴军, 卢秋铸, 王亮

控制工程. 2020, 27(6): 984-991.

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本文以船舶为被控对象，采用具有仿射结构的 ARX 模型描述船舶航向保持控制过程，分别采用最小二乘法和比较 AICc 值来辨识模型参数和阶次，通过比较 4 组 ARX 模型的一步预测和长期预测结果选择最佳模型。在最佳 ARX 模型基础上，设计了航向保持LQR 控制，仿真结果显示，在有无海浪信号扰动下，LQR 控制均能很好地实现航向保持，证明了基于 ARX 模型的船舶航向保持 LQR 控制方法的有效性。

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构造等效反向旋转惯导及误差补偿

杨金显, 郝海明

控制工程. 2020, 27(6): 992-996.

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为消除捷联惯导姿态误差，提出一种等效反向旋转惯导方案及误差补偿方法。首先建立一个在初始时刻与载体坐标系重合且绕导航坐标系的旋转矢量始终与载体坐标系绕导航坐标系的旋转矢量大小相等、方向相反的坐标系；然后利用陀螺仪和加速度计测量数据计算该坐标系姿态，分析产生的姿态误差，并与载体坐标系的姿态误差作对比；最后，在载体小角度晃动以及做单轴正反往复旋转运动时，该坐标系和载体坐标系的姿态误差正好大小相等、符号相反，根据两坐标系姿态矩阵间的转换关系，估计出载体的姿态误差。在 2 h 静基座仿真实验中能够准确地估计出姿态误差，进行补偿后的 3 个姿态误差均减小了 80 %以上；通过转台实验估计出姿态误差的变化趋势，补偿后的 3 个姿态误差均减小了 72 %以上。两组试验证明该方案是有效可行的。

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永磁同步电机调速系统混合滑模控制算法

郑大伟, 苗敬利, 周重霞

控制工程. 2020, 27(6): 997-1003.

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为提高基于空间电压矢量调制(Space Voltage Vector Modulation, SVPWM)的永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)直接转矩控制系统性能，设计改进的幂次指数趋近律(Improved Power Exponent Reaching Law, IPERL)并应于永磁同步电机转速控制，利用 Super-twisting 滑模策略控制电机转矩角差生成环节，二者组成混合滑模控制器。此外，详细分析算法控制性能，引入积分滑模和模糊自适应方法优化趋近律参数，实现参数在线调整。仿真实验表明，与 PI 控制、幂次指数趋近律相比，该方法在电机空载起动和外加干扰等情况下均能使控制精度和鲁棒性显著提升。

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融合布尔矩阵和项目特性的关联规则挖掘算法

田建勇, 石林江

控制工程. 2020, 27(6): 1004-1011.

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针对 Apriori 算法多次扫描产生大量候选集，挖掘大数据库关联规则效率较低等问题，提出了一种融合布尔矩阵和项目特性的关联规则挖掘算法。算法将事务集看作行向量，项目集看作列向量，通过扫描事务数据集构建反映事务集和项目集关系的布尔矩阵，根据事务数据集布尔矩阵得到关联规则；同时将用户对某一商品的兴趣扩展为对商品特性的兴趣，并根据挖掘出特性间的置信度和用户预测评分对数据项目进行评分，然后采用 Top-N 推荐算法对关联规则进行推荐。实例分析推演了本算法关联挖掘的流程，仿真实验分析了本算法支持度阈值和置信度阈值与 F1-Score 值间的关系，确定了最优阈值。对比实验表明，本算法在关联规则推荐中的准确率、召回率和 F1-Score 值都均高于其他两种同类算法。

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基于单值中智决策算法的金融产品评价模型

杨德志

控制工程. 2020, 27(6): 1012-1017.

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借助于偏好关系和单值中智集的优点，首先引入单值中智偏好关系来处理评价过程中的不精确和不一致信息，并运用模糊判断矩阵的乘性一致性，给出了单值中智偏好关系的乘性一致性概念；其次，探究了一种单值中智偏好关系的设计方法，使得其拥有完全乘性一致性，并建立了一种新型一致性局部调整算法，同时证明算法的收敛性；最后，结合余弦相似度，设计了基于单值中智偏好关系一致性调整算法的金融产品评价模型，并通过金融产品选择实例说明该模型的可靠性。

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纹理融合的多尺度各向异性梵高油画渲染

王涛, 张群会

控制工程. 2020, 27(6): 1018-1024.

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为使计算机渲染出逼真的涡旋状梵高油画，提出一种基于纹理融合的多尺度各向异性偏微分方程模拟方法。首先用改进的 Canny 边缘检测算子提取梵高自画像纹理图；然后用基于内部生长机制的多尺度融合策略将梵高自画像纹理图和预处理图像进行融合；再用各向异性 J.Weickert 模型在过滤噪音时产生的虚假条纹来模拟梵高油画的涡旋状，在整个油画渲染中使用多尺度弧形笔刷技术来增加油画层次感；最后用 PDE 彩色蛇模型来处理油画马赛克效应和边缘模糊以及用高阶矩模拟颜色传输渲染。结果表明该算法与已有 3种算法效果比较，在油画的层次感、涡旋状、细节以及分辨率方面很好地模拟了梵高油画。

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基于 GA-SVM 的网络借贷个人信用评估模型研究

姜凤茹

控制工程. 2020, 27(6): 1025-1031.

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个人信用评估是 P2P 网贷行业风险控制的核心。然而针对 P2P 网贷行业中个人信用风险评估模型的应用研究十分缺乏，因此对存在诸多乱象的国内 P2P 网贷行业的研究显得尤为紧迫。首先利用支持向量机建立了个人信用评估模型，并引入遗传算法对模型进行参数优化，然后针对两个 P2P 网贷平台的样本做了有效性分析和推广性分析，并根据实证结果探讨了刷信用行为存在的潜在风险。实证结果显示，GA-SVM模型能够有效解决 P2P 网贷平台的个人信用评估问题，并具有良好的稳健性和推广性。

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基于双储备池回声状态网的电力负荷预测

庄仲, 伍铭妍, 刘冲

控制工程. 2020, 27(6): 1032-1036.

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精确的电力负荷预测不仅在发电侧优化能源产能，而且在供给侧实现经济调度、绿色用电。调度工作能够根据预测负荷峰值科学有效的实现电网安全可靠运行。首先，提出了一种包含两个储备池的新型回声状态网预测方法，来预测每日电力负荷；其次，在传统的回声状态网的基础上，选取两个储备池进行串行连接，得到一种新型的回声状态网(Echo State Network with Double Reservoir, called DR-ESN)。DR-ESN 能够更加有效的提取预测对象的特征信息，从而可以得到精度更高的预测结果；并利用批量梯度和岭回归算法来优化训练过程中的 DR-ESN 的 6个参数。对广州市的实际用电量进行仿真，所得结果表明了预测方法的有效性。

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基于等间距扫描人体安检仪控制方法的研究

姚莹, 蔡锦达, 唐静, 金政宇

控制工程. 2020, 27(6): 1037-1042.

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为了实现人体安检仪的全自动逐点扫描和采样，文章以自主研制的全自动太赫兹人体安检仪为研究对象，以国内外人体安检行业的研究现状和太赫兹(Terahertz, THZ)成像技术的应用为背景，将太赫兹成像技术应用于全自动人体安检设备，结合嵌入式系统和图像处理技术，研究了基于非接触式逐点扫描成像型全自动人体安检仪的控制方法，并提出了一种基于微分思想的等间距扫描采样控制方案。实验结果表明，全自动人体安检仪在 Z 轴方向上进行扫描的定位精度达到 15.99 μm，重复精度达到 5.84 μm，完全满足系统精度要求。

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基于粒子群优化的电渣炉自适应控制方法

田永民, 徐悦梅, 任开源, 贾明兴

控制工程. 2020, 27(6): 1043-1048.

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电渣重熔是电渣冶金技术的一个重要分支，生产的铸件纯净度高、结构致密、成分均匀、性能优良。电渣重熔过程是一个具有非线性、时变性、时滞等特性的复杂系统，随着电渣重熔技术的发展和重熔钢高品质需求，电渣重熔过程控制的要求越来越高。传统PID 控制器在电渣重熔过程中有着广泛的应用，然而由于传统 PID 控制器的 3 个参数均固定，所以在不同熔炼阶段和不同生产条件下，控制效果仍待提高。因此，采用基于粒子群优化算法的自适应 PID 的控制方法来控制熔炼过程，使得 PID 参数在整个熔炼过程中始终适用于系统当前特性。结果表明所提方法有整体控制效果平稳、对不同阶段适应性好、能够适应生产条件变化的优点。

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封装管壳密封性自动化检漏系统的设计与研究

周帅, 翁章钊, 刘晓臣, 欧熠

控制工程. 2020, 27(6): 1049-1054.

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根据封装管壳的密封性检测参数来设计自动化检漏系统。首先对封装管壳密封性自动化检漏系统中喷氦试验枪的直径、角度及长径比等关键参数进行设计验证；再从带动喷氦试验枪运动的控制系统及机械结构整体设计，研究制定了管壳密封试验中喷氦时间及移动速度两个重要的自动化检漏参数，建立了封装管壳密封性自动化检测系统；最后，用小腔体封装管壳进行喷氦检漏试验，验证了自动化检漏系统运用在封装管壳密封性检测时的适用性及有效性，填补了现有封装管壳密封性检测标准的不足，也为其他产品自动化测试密封性提供了设计及测试思路。

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带批变故障的间歇过程高阶学习容错控制

张刘军, 索寒生, 彭秀莹

控制工程. 2020, 27(6): 1055-1061.

摘要 ( )

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由于间歇过程复杂性高，时常会发生故障。文章研究了存在批次变化的传感器故障的间歇过程容错控制，首先把存在批次变化传感器故障的间歇过程转变为一个等价二维高阶系统，随后利用前馈—反馈迭代学习控制(Iterative Learning Control, ILC)的思想，针对了等价二维高阶系统设计了高阶 ILC 容错控制律，并证明了容错闭环系统的稳定性和鲁棒性。

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考虑 DVS 的光伏系统 GHS 短期电压稳定性设计

刘奇, 吕霏, 吴文兵, 史吏, 刘福涛

控制工程. 2020, 27(6): 1062-1069.

摘要 ( )

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为降低光伏系统与电力系统并网所引起的电网稳定性恶化问题，提出一种考虑注入电流限制动态电压支撑能力(Dynamic Voltage Support capability, DVS)的光伏系统高斯和声搜索(Gaussian Harmony Search, GHS)短期电压稳定性设计方法。首先，将光伏系统表示成逆变器、故障穿越(Fault Ride-through, FRT)和 DVS 的能力模型，与传统的 DVS 性能相比，该方法采用有功和无功注入，提高了系统的短期电压稳定性；其次，引入和声搜索算法对模型参数进行优化，同时为了提高该算法的优化性能，利用高斯遍历性进行算法性能的改进；最后，通过在光伏电力系统仿真实例上的实验研究，显示所提方法可有效缓解光伏系统中断引起的故障后的频率下降问题，提升光伏系统的短期电压稳定性。

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基于快速重采样粒子滤波的无监督视频跟踪

杨文佳, 李玉志, 王君安, 吕霏, 吴金玉, 晋飞

控制工程. 2020, 27(6): 1070-1075.

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为提高视频移动目标的无监督监控效果，提出一种基于快速重采样粒子滤波的无监督视频目标跟踪算法。算法采用了本文设计的一种快速重采样粒子滤波算法，该算法基于准蒙特卡罗方法所具有的低差异性确定序列属性，获得的空间中样本分布更加均匀，具有可避免采样粒子退化的现象，提高了粒子滤波算法的计算效率和精度；然后，利用背景差分算法对视频监控图像帧进行消减计算，根据图像中移动对象数量建立动态粒子滤波器利用颜色分布特性对其进行跟踪，并建立滤波器的建立和消除机制，降低算法冗余；最后，通过在监控图像实例中的仿真测试显示，本文算法相对于对比算法在跟踪精度上提升20 %以上，在计算效率上提升 30 %以上，验证了所提方法有效性。

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超临界机组燃水比耦合系统自抗扰控制

汪正海, 黄冬松, 毛晓飞, 潘杨, 万中平

控制工程. 2020, 27(6): 1076-1080.

摘要 ( )

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针对超临界机组燃水比(Firing Rate to Feed Water ratio，FR/FW)控制过程存在的大延迟及多变量耦合、负荷变动和煤质多变等特性，设计基于自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control, ADRC)的燃水比解耦控制系统。将多变量燃水比系统看作由若干单变量回路系统构成，并对每一单变量回路设计自抗扰控制器，构建 ADRC 燃水比控制系统。将各个变量间耦合看作每一单变量回路的外扰，通过扩张状态观测器实时估计，在前馈通道中予以动态补偿，实现对各个耦合变量解耦。同时依据状态误差矢量加以非线性反馈调节，解决控制系统快速与超调间的矛盾。仿真结果表明，燃水比自抗扰解耦控制兼顾快速性与准确性，具有自适应性、抗扰性和强解耦能力，其控制效果优于常规 PID 控制。

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协作式学习结合模糊逻辑的 WDM 动态路由分配

刘述木, 牟丽莎, 杨建, 杨蓉松, 叶剑锋

控制工程. 2020, 27(6): 1081-1085.

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针对光通信中波分复用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)的动态路由分配效率较低的问题，提出协作式学习结合模糊逻辑的 WDM 动态路由分配方法，结合模糊规则的推理系统(Rules of Fuzzy Inference System, FRBS)和模糊逻辑控制机制(Fuzzy Logic Controllers, FLC)，选择最小成本路由，并在路由中使用学习自动机(Learning Automation, LA)彼此协作进行信息共享和路由环境学习，基于环境的输入更新其行为概率向量，再决定下一跳路由。实验结果表明提出的方法能够最小化平均阻塞概率和平均执行时间，提高了 WDM 光网络的传输质量。

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超轻量级电子标签双向认证协议

刘宗妹

控制工程. 2020, 27(6): 1086-1092.

摘要 ( )

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针对电子标签在传统票证系统使用过程中存在的安全隐患或计算量大等缺陷，提出一种超轻量级的电子标签认证协议。相比一些采用加密算法计算量大的协议而言，文中协议基于位运算实现对传送信息的加密。采用置换再交叉运算实现对信息的加密，该加密算法基于位操作方式实现，使得协议计算量得到降低；加密算法中根据参数汉明重量差值而进行相对应的不同操作，增大攻击者的破解难度。对协议进行安全性和性能分析，表明了协议具备较高的安全性能；同时协议具备较低的计算量，能适用于现有的低成本票证系统中。

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认知无线电网络中用户传输距离的优化研究

孙莹莹, 曹俊, 赵航

控制工程. 2020, 27(6): 1093-1097.

摘要 ( )

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针对认知无线电网络(Cognitive Radio Networks, CRNs)的能耗问题，提出能效感知的定位算法(Energy Efficient Localization Algorithm, EELA)算法能。EELA 算法给次级用户(Second Users, SUs)提供最优的传输距离，进而减少 CRNs 的功率消耗。考虑到 CRNs的能效，利用主级用户和次级用户的位置信息，EELA 优化用户的传输距离。同时，EELA算法优化 SUs 的部署位置，进而提高整个 CRN 的定位精度。仿真结果表明提出的 EELA算法的定位精度逼近于 Cramer-Rao 下限。

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基于泛在电力物联网的智慧供应链研究

陈积光, 周蜜

控制工程. 2020, 27(6): 1098-1102.

摘要 ( )

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泛在电力物联网是国家电网公司建设世界一流能源互联网企业的战略之一，它充分利用移动互联等现代信息技术，实现电力系统各环节的人机交互、万物互联。泛在电力物联网的建设可以推进电力系统各个环节的数字化、智能化的进程，智慧供应链正是可以得到极大推动的环节之一。文中首先分析了电力系统供应链的现状；其次根据泛在电力物联网的特性，说明了基于泛在电力物联网的智慧供应链的建设目标；接着，本文分析了智慧供应链的平台架构，并针对建设智慧供应链的两个关键问题—物资的数字化管理和数字化合约进行了深入分析。

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三联供能源系统优化建模与调度方法

甘中学, 郑超越, 许裕栗, 李德伟, 陈文博

控制工程. 2020, 27(6): 1103-1112.

摘要 ( )

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本文研究了综合多种能源形式的能源管理系统(EMS)的建模与优化调度。利用分布式发电设备以及内燃机三联供系统，本文将发电、制冷、供热过程一体化，从能源生产，储运，回收以及应用 4 个环节出发，基于热力学熵的变化原理，建立各个组成部分的熵增模型。进而，本文建立了以系统熵增最小为优化目标的能源优化模型，提出采用滚动调度的方式进行能源调度，并利用 GPU 来求解这一混合整数非线性优化问题。结合某酒店建筑群典型冬季供热季与夏季制冷季的某一天内 24 h 电冷热需求预测，文章比较了以系统熵增最小为优化目标和以运行成本最低为优化目标的优化调度方法的调度结果。从结果可以看到，由于基于熵增模型的 EMS 调度考虑了使用不同能源造成的品质变化，使得调度结果的能源利用率提高，且对于环境更友好。

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2020年, 第27卷, 第6期　
刊出日期：2020-06-20

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