控制工程

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丰杰华, 官星辰, 马鲁宁, 赵东亚, 张贝贝

控制工程. 2020, 27(8): 1305-1309.

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连续搅拌反应釜(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)作为化工生产中的核心设备之一，具有典型的非线性特征。针对这种二阶非线性不确定系统，基于积分滑模的控制特性和 RBF 神经网络的逼近能力设计了一种基于数据驱动的自适应准滑模控制器。仿真结果表明，该算法能很好地使 CSTR 跟踪给定的温度信号，与普通滑模控制器相比，不需要动力学模型，放松了设计条件；与基于 RBF 神经网络整定的 PID 控制器相比，表现出较强的鲁棒性。

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基于卷积-循环神经网络的回转窑工况识别

马文科, 张茜, 周晓杰

控制工程. 2020, 27(8): 1310-1316.

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论文提出了一种基于火焰视频序列采用卷积-循环神经网络分析回转窑烧结工况的新方法。现方法以单帧静态火焰图像为输入，易受噪声影响，识别准确率低，而视频序列蕴含的信息更加全面，能够更准确的反映工况变化。该方法首先针对图像序列数据处理和主成

分分析法(Principal Component Analysis, PCA)初步特征提取，之后应用卷积-循环神经网络的集成网络进一步学习图像空间和时间维的特征表达，并得到识别结果。利用随机搜索对网络进行超参数优化，进而获得最优的神经网络模型。最后，对卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)、循环神经网络(Recurrent Neural Network, RNN)和 CNN-RNN(Convolutional-Recurrent Neural Network, CNN-RNN)网络在两种数据集下的效果进行了比较，实验结果表明所提出的卷积-循环神经网络集成网络提高了回转窑烧结工况识别率。

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基于 SCADA 和支持向量回归的风机状态监测

梁涛, 钱思琦, 姜文, 龚思远

控制工程. 2020, 27(8): 1317-1323.

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为充分利用集控中心风机(Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA)系统采集的数据，采用智能化的机器学习算法，挖掘集控中心海量数据，提出基于机组运行状态特征参量数据挖掘和支持向量回归算法(Support Vactor Regression, SVR)结合的机组状态监测模型。该模型采用基于灰色关联度算法构建风电机组特征参量，然后建立 SVR 数据模型，模型以机组功率、叶轮转速、桨距角为输出向量，特征参量为模型的输入向量，采用遗传算法结合交叉验证方法对 SVR 模型参数寻优，并对距离阈值进行分析。最后，将模型应用于某实际风场，验证了该模型的可行性和有效性。

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烟花算法改进 BP 神经网络预测模型及其应用

马创涛, 邵景峰

控制工程. 2020, 27(8): 1324-1331.

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针对传统 BP 神经网络预测模型泛化能力弱且预测精度低的问题，首先对现有算法优化神经网络预测模型的不足进行了比较分析；然后，将烟花算法引入到神经网络模型中，利用烟花爆炸算子同时爆炸扩散的机理，对神经网络权重和阈值的寻优过程进行了优化，提出了一种基于烟花算法改进 BP 神经网络的预测模型。最后，以某纺织企业的棉纺质量数据为例，对提出的基于烟花算法改进 BP 神经网络的预测方法进行了应用验证。通过与其他算法改进 BP 神经网络的预测模型进行对比分析，结果表明：该预测方法对纱线质量的预测精度达到 97.88 %，而且该预测方法与其他方法相比，预测误差率下降了 49.52 %，并在寻优速度和寻优精度方面表现出较高性能。

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基于改进的 ORB 算法的红外遥感图像拼接研究

彭畅, 李广泽, 张晓阳, 左洋

控制工程. 2020, 27(8): 1332-1336.

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基于红外遥感图像提出一种快速、高效的拼接算法，针对 SIFT、SURF 算法运行时间久的缺点，提出基于 ORB 特征点匹配算法，对红外遥感图像特征点对进行匹配，接着采用 RANSAC 算法对提取出的特征点进行误匹配剔除，最终采用渐入渐出的加权融合算法实现了红外遥感图像拼接。该算法在保证图像拼接质量的基础上，提高了算法的运行速度，可以实现快速、高效的红外遥感图像拼接。

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基于粒子群算法的函数复杂度分类法

刘静秋, 杜文莉, 张飞

控制工程. 2020, 27(8): 1337-1345.

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不同优化问题在搜索空间内具有不同的空间形态，呈现出不同的函数复杂度特性。针对各种不同复杂度的函数，也各自存在其适宜的求解方法。但评价函数的复杂程度存在一定难度，观察到粒子群算法在优化给定函数时，其种群的动态规律性与函数的复杂程度相关，由此提出了基于粒子群算法的函数复杂度分类法。基于各个粒子的速度矢量定义了“局部收敛趋势度”指标，以实时量化种群的进化特征；观察种群进化特征数据，构建了经验式函数复杂度分类模型。应用大量测试函数对所提函数复杂度（单峰/多峰特性）分类模型的准确性进行了验证，错误率为 2.516 %。

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阻塞混合流水车间调度优化研究

轩华, 王晶, 李冰, 王薛苑

控制工程. 2020, 27(8): 1346-1350.

摘要 ( )

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研究了以最小化最大完工时间为目标的阻塞混合流水车间调度问题，假定工件随机到达生产系统，建立混合整数规划模型，提出一种嵌入局域搜索的自适应遗传算法得到该问题的近优解。为克服传统遗传算法局域搜索能力较差，迭代后期进化能力较低的不足，改变传统遗传算法中交叉和变异概率固定不变的设定，设计随算法进程而自动调节的自适应概率，进而在迭代后期嵌入 LS 来改善解的质量。通过从小到大规模的仿真实验，对比遗传算法与嵌入局域搜索的自适应遗传算法的性能，结果说明了所提出算法的有效性。

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一种电站锅炉过热蒸汽温度数据解析模型

唐振浩, 杨名璇, 曹生现

控制工程. 2020, 27(8): 1351-1357.

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火电厂锅炉生产过程具有强非线性、强噪声等特点，这些特点导致过热蒸汽温度难以准确建模。针对这一问题，提出一种锅炉过热蒸汽温度数据解析建模方法。首先采用分类回归树(Classification and Regression Tree, CART)算法计算得到相关变量重要性，选择重要性大于 0.5 的变量作为数据驱动建模的输入。然后采用粒子群优化(Particle Swarm Optimization, PSO)算法优化最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine, LSSVM)的参数，建立过热蒸汽温度的预测模型。最后基于实际生产数据的实验结果表明，所提出的建模方法取得比常用建模算法具有更好的预测精度，能够实现对锅炉过热蒸汽温度的准确预测。

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带迟滞摩擦的精密直接进给轴驱动系统建模

林献坤, 李田田, 张立明

控制工程. 2020, 27(8): 1358-1364.

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直线电机驱动的进给轴在进给过程中存在非线性，这给进给轴的高精度驱动控制带来困难。应用建模和实验相结合，构建了融合迟滞摩擦环节的直接进给轴精密驱动系统模型。将应用 Bouc-Wen 模型为迟滞摩擦力的表示模型，以驱动电流为摩擦力反馈信号，对摩擦迟滞环节进行了辨识，并对系统进行仿真，以自构建的进给轴和激光干涉仪为实验平台，对模型仿真结果和实验结果进行对比研究，结果表明：给出的驱动系统辨识模型具有较高的识别精度，在 1 阶谐波进给过程中，进给轴的仿真跟随精度最大识别偏差为 3 μm，二维圆轮廓最大象限跳变精度的识别偏差为 4 μm。

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基于 A-Star 和改进模拟退火算法的航迹规划

岳秀, 张超峰, 张伟, 王亚刚

控制工程. 2020, 27(8): 1365-1371.

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基于 A*算法和改进模拟退火算法提出了一种新型的无人机航迹规划方法，解决了多无人机在复杂约束条件下完成多目标任务的问题。首先，对任务区域的禁飞区域、目标区域及目标区域内巡航有效区建立模型，采用 A*算法解决了无人机途中躲避障碍（禁飞区）的最优路径选择问题；其次，应用模型分解技术合理将有效区域分解为多个子目标点，结合改进模拟退火算法对子目标航迹规划，解决了无人机在巡航有效区子目标区域内的高覆盖率问题。最后，以无人机在抗震救灾中的真实数据为实例，通过仿真实验验证了所提方法的鲁棒性和有效性。

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基于多模型切换的生料分解率设定模型

乔景慧, 李岭, 柴天佑

控制工程. 2020, 27(8): 1372-1377.

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在水泥生料分解中，决定产品质量指标、能耗指标和台时产能的是生料分解率。生料分解率设定值随着生料成分的变化而变化，且在易煅烧工况和难煅烧工况是不同的。为了解决上述问题，提出了一个基于多模型的易煅烧生料分解率设定模型和基于多模型的难煅烧生料分解率设定模型。实际应用结果表明，所提出的设定模型能够根据当前生料成分的变化设定正确的生料分解率，提高产品质量，降低故障工况。

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基于群智能辨识的轧辊偏心补偿方法研究

李冬, 吴玉厚, 石怀涛, 刘建昌, 谭树彬

控制工程. 2020, 27(8): 1378-1386.

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为消除轧辊偏心引起的板带厚度周期波动，设计了融合蚁群优化的粒子群(Particle Swarm Optimization Combined with Ant Colony Optimization, PSO-ACO)算法对轧辊偏心进行辨识和补偿。为避免粒子群算法陷入局部最优，PSO-ACO 算法通过将伪随机比例规则

引入粒子群种群最优值的确定中，以提高种群多样性；结合信息素浓度更新式改进粒子位置更新式，使粒子注重当前搜索信息，加快粒子搜索速度。仿真实验结果表明，在几种典型测试函数和离线轧辊偏心辨识求解上，融合蚁群优化的粒子群算法具有较高的求解精度和满意的求解速度；基于此算法的偏心辨识结果进行的主动轧辊偏心补偿，可明显减小偏心对板带厚度的影响，提高板带厚度精度。

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基于指令滤波的直接自适应模糊控制

田艳兵, 魏巍, 孙国法

控制工程. 2020, 27(8): 1387-1393.

摘要 ( )

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针对严格反馈型不确定非线性系统，提出一种基于指令滤波的直接自适应模糊控制方案。系统的未知非线性函数由模糊系统在线逼近，采用直接自适应模糊控制器，无需在线辨识控制对象的模型。通过设计指令滤波器对指令信号直接求微分，避免了对虚拟信号的反复求导。从而降低了控制器的复杂性，提高系统的控制性能。稳定性分析保证了闭环系统的所有信号都是有界的。仿真算例进一步验证了所提出设计方案的有效性。

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BP 神经网络预测模糊控制液压马达性能研究

王晓晶, 刘美珍, 陈帅, 刘昊

控制工程. 2020, 27(8): 1394-1400.

摘要 ( )

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针对连续回转马达高度非线性和摩擦、泄漏等不确定性，严重影响系统的跟踪性能，提出了一种基于 BP 神经网络预测的模糊控制策略。该控制策略采用了 BP 神经网络进行伺服系统的输出预测，并计算了预测输出与给定输入间的未来误差和误差变化率，根据专家经验编制电液伺服系统模糊控制规则，设计模糊控制器，从而调整电液伺服系统的控制量，实现对连续回转电液伺服马达位置状态的实时跟踪。通过 Simulink 仿真表明，基于 BP 神经网络预测的模糊控制和传统 PID 控制相比，有效的提高了电液位置伺服系统的位置跟踪精度和抗干扰能力，缩短了响应时间，拓宽了系统响应频带。

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可拆分多物品的拍卖—谈判采购机制设计

王娜, 汪定伟, 王洪峰

控制工程. 2020, 27(8): 1401-1405.

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针对可拆分多物品采购中的供需不匹配问题，提出了一种拍卖—谈判的两轮采购机制。对于这种新型采购机制中 3 个关键的科学问题，即胜标人确定问题、胜标人谈判顺序问题以及谈判终止原则问题，分别给出了具体的解决方案。首先按照逆向拍卖方式，以期望采购节省最大化为目标，确定胜标者集合；接着按照收益最大化原则确定谈判顺序，并按照谈判终止原则结束谈判，从而确定最终胜标人对不同标的物的供应单价和供应量。仿真实验结果表明了所提出的拍卖—谈判的两轮采购机制能够较为有效的解决可拆分多物品的采购问题。

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地磁系统的动力学仿真及同步控制

王全宇, 王贺元, 孙伟鹏

控制工程. 2020, 27(8): 1406-1411.

摘要 ( )

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研究了三模地磁系统的基本动力学行为及其数值仿真，数值模拟了系统混沌发生的全过程，最大 Lyapunov 指数、分岔图、庞加莱截面以及功率谱的仿真结果揭示此系统混沌行为的普适性。基于 Lyapunov 稳定性理论，通过设计有效的线性反馈控制器，实现带有不确定参数和时滞的混沌地磁系统的自适应同步以及分数阶地磁系统的同步控制，数值仿真结果验证了该方法的有效性和可行性。

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分数阶 M-CNN 系统的混沌特性分析及同步控制

王仁明, 冀同康, 张赟宁

控制工程. 2020, 27(8): 1412-1418.

摘要 ( )

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将忆阻器作为细胞间的突触连接引入细胞神经网络(Cellular Neural Network, CNN)模型，构建了一个四维分数阶忆阻细胞神经网(Memristor Cellular Neural Network, 分数阶M-CNN)模型。通过数值仿真分析了该模型随忆阻器参数和系统阶次变化时的动力学特性，如混沌吸引子，分岔图和李雅普诺夫指数谱。结果显示随着系统参数的改变，该系统出现了周期极限环，单涡旋混沌吸引子和双涡旋混沌吸引子现象。接下来，讨论了该系统的混沌同步问题，基于李雅普诺夫第二方法设计了滑模控制器和自适应更新律，实现了 2 个同结构分数阶 M-CNN 模型、分数阶 M-CNN 系统模型和异结构的分数阶 Chen 系统的混沌同步。MATLAB 数值仿真验证了设计方法的可行性和有效性。

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基于核熵成分分析的油中溶解气体浓度预测

江风云, 唐勇波

控制工程. 2020, 27(8): 1419-1424.

摘要 ( )

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针对变压器油中溶解气体浓度预测中信息利用不完善问题，提出基于核熵成分分析(Kernel Entropy Component Analysis, KECA)的油中溶解气体浓度预测建模方法。首先用灰关联分析方法选取预测模型的输入变量；然后对选取的输入变量进行相空间重构；最后采用 Renyi 熵信息测度确定 KECA 核参数，用 KECA 对重构相空间提取核熵成分作为支持向量机(Support Vector Machine, SVM)的输入，建立变压器油中溶解气体浓度预测模型。用本文方法、单变量时间序列方法、多元变量时间序列方法测试 60 例样本，本文方法具有最小的均方根误差，为 0.1607。实验结果表明，本文提出的方法具有较优的预测精度和泛化能力。

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基于序差和的光伏阵列故障分类方法

杨佳葳, 闫正兵, 李剑锋, 张正江, 戴瑜兴

控制工程. 2020, 27(8): 1425-1428.

摘要 ( )

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光伏发电系统的故障诊断是保障光伏发电系统乃至电力系统安全平稳运行的一个关键因素。提出了一种基于序差和的快速光伏阵列故障诊断方法。首先采集不同故障情况下的光伏阵列直流母线电压和电流作为参照集，对每种故障情况下的电压和电流进行分析，提取出六种不同的特征量；再对待诊断样本进行同样的处理，根据待诊断样本的特征量对参照集中的特征量进行排序，与待诊断样本的特征量越近的参照样本序号越小；将每个参照样本的序号求和，最小的一个与待诊断样本为同类样本。所提出的方法计算复杂度低，易于实现，可以提高电力系统故障诊断的速度。仿真结果表明了所提方法的有效性。

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基于控制分配的横摆控制

王丽华, 葛平鑫, 杜婉彤, 王德军

控制工程. 2020, 27(8): 1429-1433.

摘要 ( )

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汽车电子稳定控制系统在行车安全方面发挥着极其重要的作用，对稳定控制系统的横摆控制研究可以分为 2 个层次进行。上层为控制器设计，先采用反馈线性化思想将车辆动力学模型进行线性化处理，再采用线性二次型调节器进行优化控制器设计，以产生期望的力(矩)；下层采用最优控制算法进行制动力分配，用加权最小二乘法将稳定性控制力(矩)最优的分配到各车轮的执行器上，以满足车辆稳定性行驶的要求。在 Matlab 中搭建整车模型并进行仿真验证，结果表明，基于以上方法的车辆横摆稳定性控制能很好的跟踪

上期望的纵向速度、横向速度以及横摆角速度。

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基于领航跟随法的机器人可变队形编队控制

彭滔, 陈延政, 刘成军

控制工程. 2020, 27(8): 1434-1439.

摘要 ( )

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针对差速驱动轮式移动机器人的队形可变编队控制问题，首先基于领航跟随法将编队分解为领航机器人与跟随机器人对，控制任务转化为跟随机器人与领航机器人间的可变期望距离和角度的跟踪控制。然后通过定义控制状态误差变量在直角坐标系中导出误差控制模型，运用输入输出线性化方法设计了以驱动轮转速为控制输入的控制器，并编写了控制算法和绘制了控制器结构图。最后，利用仿真研究验证了所提控制器的有效性与合理性，通过对编队控制系统误差的渐近稳定，实现了实时编队控制目标。

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基于观测器和输出受限的磁浮列车悬浮控制

王树宏, 孙友刚, 董达善

控制工程. 2020, 27(8): 1440-1444.

摘要 ( )

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针对磁浮列车气隙速度不可测和气隙输出受限的悬浮系统控制问题，考虑存在外界干扰未知的情况，提出一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)的输出受限磁浮列车悬浮系统反演控制方法。首先，设计一种可保证观测误差快速收敛和足够高估计精度的扩张状态观测器。随后，利用反演法设计控制器，将 ESO 的估测值引入同时保证输出气隙约束在一定范围内。最后，基于对称 Barrier Lyapunov 函数证明了该方法的稳定性。数值仿真表明，该方法可以有效应对气隙速度不可测和广义干扰，同时能够保证悬浮系统输出气隙在安全范围内。

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大型 PCCP 管道打磨机控制系统设计与实现

崔康康, 崔国华, 蔡超志, 崔好选

控制工程. 2020, 27(8): 1445-1451.

摘要 ( )

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针对现有的 PCCP 管道打磨装备打磨效率低、难以控制导致的打磨质量差等问题，创新设计了一种大型 PCCP 管道自动打磨机。介绍了打磨机的结构组成及工作原理；根据打磨机的自动化控制要求，设计了基于 PLC 的控制系统，包括控制系统总体方案的设计、控制系统硬件的设计和控制系统软件的设计，其中，建立了适用于该打磨机的行程开关反馈系统，通过打磨过程中行程开关的通断信号实时反馈给电磁阀，再由电磁阀控制气缸使钢丝刷在打磨过程中始终与打磨表面保持一定的接触力。在此基础上对大型 PCCP 管道打磨机进行了现场调试。实验结果表明，设计的打磨机控制系统具有较好的实用性，打磨精度高，实现了打磨过程的反馈控制。

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基于自适应观测器的互联系统故障诊断

夏静萍, 姜斌, 张柯

控制工程. 2020, 27(8): 1452-1457.

摘要 ( )

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针对一类连续时间互联系统，研究了基于自适应观测的故障诊断问题。首先，利用互联子系统之间的关联信息，构造了互联系统分布式故障诊断观测器，并研究了基于传统自适应观测器的故障估计算法，在线实时故障各个子系统出现的故障。进一步，为了提升互联系统故障估计的性能，提出了快速自适应故障估计算法，显著改善了故障估计的快速性。最后，通过仿真实验验证了提出方法的有效性和可行性。

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不确定时滞奇异摄动控制系统的滤波器设计

孙凤琪

控制工程. 2020, 27(8): 1458-1461.

摘要 ( )

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构造一种新的滤波误差动态系统,基于 Lyapunov 稳定性理论, 矩阵分析方法、线性矩阵不等式方法和时滞分段分析、自由权矩阵等方法，研究不确定性时滞奇异摄动控制系统的滤波器设计方法。获得了新的滤波器存在条件和滤波器设计算法，以及具体求解滤波器的参数化线性矩阵不等式条件，该方法不需要系统分解和降阶技术，可以为相关控制领域的系统分析、设计提供一定的理论参考，适用于标准和非标准情形，最后用数值样例证明所设计方法的有效性和可行性。

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基于模糊推理的油门防误踩系统控制研究

王力斌, 刘树伟

控制工程. 2020, 27(8): 1462-1467.

摘要 ( )

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针对目前驾驶员由于紧张等原因造成误将油门当做制动踏板踩下造成交通事故的问题，分析了现有油门防误踩系统的特点及不足，提出一种新的汽车油门防误踩系统控制方案。该系统利用车距信号、车速信号及油门踏板加速度信号，通过模糊推理算法，智能、准确的判定驾驶员对油门踏板的操作是否为误操作。采用该算法后，保证了误踩油门的辨识度，从而可实现油门防误踩的执行机构的精准启动，可有效防止驾驶员误踩油门导致的安全事故。

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统计过程控制在钢坯加热制度优化中的应

范国锋, 彭丽玲, 洪维强, 王华

控制工程. 2020, 27(8): 1468-1473.

摘要 ( )

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通过稳健设计及灵敏度分析研究昆钢棒线厂 HRB335 的生产工艺控制问题，获取多因素多水平下的钢坯屈服强度分布规律，揭示加热炉内关键因素对钢坯屈服强度的影响特性及规律，结果表明，正交设计可实现炉内加热过程优化，得到屈服强度关键因素的最优水平组合，且冷却水流量和热煤气温度是影响钢坯屈服强度的显著可控因素，可在最优条件下控制冷却水流量和热煤气温度来改进钢坯各阶段加热制度；应用稳健设计和灵敏度分析，降低了钢坯加热过程中各阶段温度随时间变化的波动性；回归分析阐释出冷却水流量与热煤气温度之间存在补偿效应与耦合机制。

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PSO 优化 FNN-PID 在中央空调系统中的应用

刘宗瑶, 邓勇, 容慧, 周笔锋

控制工程. 2020, 27(8): 1474-1480.

摘要 ( )

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针对中央空调系统具有非线性、时变、滞后等特性，提出一种基于 PSO 优化 FNN-PID(模糊神经网络 PID)控制方法。该方法利用模糊控制、神经网络技术解决不确定性、非线性问题的优点，采用 PID 控制和模糊神经网络相结合的控制策略。同时针对模糊神经网络存在难以选取合理的学习参数的问题，提出一种混合协同优化的改进粒子群算法，通过改进算法对学习参数进行优化策略。试验结果表明，采用改进粒子群算法优化的模糊神经网络 PID 对空调系统控制具有更优的自适应能力，可提高空调系统的稳定性和可靠性。

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2020年, 第27卷, 第8期　
刊出日期：2020-08-20

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